2O3-碳气凝胶复合材料。
[0050]将制备的Fe2O3/碳气凝胶材料用作锂离子电池负极材料，与乙炔黑、PVDF按照质量比80:10:10的比例混合得到浆料。将浆料均匀涂覆在铜箔上得到工作电极，以锂片为对电极，Celgard2325聚丙烯膜为隔膜，lMLiPF6/EC+DMC (EC:DMC=1:1)为电解液，在充满氩气的手套箱中组装成纽扣电池。
[0051]将上述电池在Land充放电仪上进行充放电测试。充放电电压范围0.005?3.0V，电流密度为10mA.g—1。图4为所制备Fe2O3-碳气凝胶复合材料的循环性能曲线图。
[0052]实施例7
[0053]首先，取10mg商业化BP2000，将其加入到200mL乙醇中，并利用超声辅助搅拌分散3h。然后，分别取0.60g FeCl3.9Η20和0.70g草酸依次加入到上述BP2000的分散液中，搅拌使其溶解。取0.4mL水合肼溶液逐滴滴加到正在搅拌的FeCl3、草酸和BP2000的混合液中，滴加完毕后继续搅拌反应约3h。离心分离，利用乙醇将产物洗涤三次，然后置于60°C真空烘箱中干燥制得黑色产物。将所制得的黑色产物置于瓷舟中，在空气气氛中400°C热处理lh，制得最终的产物Fe203-BP2000复合材料。
[0054]实施例8
[0055]首先，取10mg导电碳黑，将其加入到200mL去离子水和乙醇混合液中，并采用超声辅助搅拌分散lh。然后，分别取0.80g Fe(NO3)3.9H20和0.90g草酸依次加入到上述介孔碳的分散液中，搅拌使其溶解。取0.5g硼氢化钾溶于约5mL去离子水中，并将其逐滴滴加到正在搅拌的Fe (NO3) 3、草酸和介孔碳的混合液中，滴加完毕后继续搅拌反应约lh。离心分离，利用乙醇将产物洗涤三次，然后置于85°C真空烘箱中干燥制得黑色产物。将所制得的黑色产物置于瓷舟中，在空气气氛中300°C热处理lh，制得最终的产物Fe2O3-碳复合材料。
[0056]将制备的Fe2O3/导电碳黑复合材料用作锂离子电池负极材料，与乙炔黑、PVDF按照质量比80:10:10的比例混合得到浆料。将浆料均匀涂覆在铜箔上得到工作电极，以锂片为对电极，Celgard2325聚丙烯膜为隔膜，lMLiPF6/EC+DMC (EC:DMC=1:1)为电解液，在充满氩气的手套箱中组装成纽扣电池。
[0057]将上述电池在Land充放电仪上进行充放电测试。充放电电压范围0.005?3.0V。图5为所制备Fe2O3-介孔碳复合材料的倍率性能曲线图。
【主权项】
1.一种制备Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料的均勻沉淀方法,其特征在于: 利用络合剂C2042_与溶液中的Fe3+反应生成[Fe (C2O4)3]3+络合物，再利用还原剂还原Fe (III)为Fe (II), Fe (II)与溶液中的C2042_反应生成FeC2O4沉淀，或生成均匀地沉积在碳质材料上的FeC2O4沉淀，得到草酸亚铁或草酸亚铁/碳复合材料；再经一定温度煅烧处理后制得了 Fe2O3纳米带或Fe2O3纳米带/碳复合材料；具体步骤如下: O分散碳质材料:称取所需质量碳质材料均匀分散于溶剂中形成悬浊液； 其中，碳质材料的分散方式是超声分散、搅拌分散中的一种或两种； 2)配制反应溶液:将三价无机铁盐和络合剂溶解于溶剂中，再将还原剂加入其中，并不断搅拌反应，得到沉淀产物； 或者将三价无机铁盐和络合剂溶解于含有碳材料的悬浊液中，再将还原剂加入其中，并不断搅拌反应，得到沉淀产物； 3)将步骤2)得到的沉淀产物离心或过滤分离、洗涤，并于40?85°C真空干燥，得到FeC2O4或FeC2O4/碳复合材料； 4)将步骤3)得到的FeC2O4或FeC2O4/碳复合材料在保护性气氛中于250?900°C下煅烧0.5?24h,制得Fe2O3纳米带或Fe2O3纳米带/碳复合材料。
2.按照权利要求1所述制备Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料的均勻沉淀方法,其特征在于:步骤I)中所述的碳质材料为碳纳米管、碳气凝胶、介孔碳、膨胀石墨、石墨烯、导电碳黑、卡博特超导电碳黑BP2000、活性炭中的一种或两种以上； 碳质材料的电导率大于或等于0.1S.Cm-1,比表面积大于或等于50m2.g_S孔体积大于或等于0.2cm3.g'
3.按照权利要求1所述制备Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料的均勻沉淀方法,其特征在于:步骤I)中所述的超声分散为采用超声波清洗机或细胞粉碎机超声分散，超声功率为25?1000W，超声时间为0.1?3h ; 所述的搅拌分散为磁力搅拌或机械搅拌，搅拌的速率为400?100rmp,搅拌时间为0.1 ?3h。
4.按照权利要求1所述制备Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料的均勻沉淀方法,其特征在于:步骤I)和步骤2)中所述的溶剂为去离子水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇的一种或两种以上。
5.按照权利要求1所述制备Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料的均勻沉淀方法,其特征在于:步骤2)中所述的三价无机铁盐为硝酸铁、氯化铁、硫酸铁的一种或两种以上； 其中，铁离子与碳质材料的摩尔比为1:1.5?100。
6.按照权利要求1所述制备Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料的均勻沉淀方法,其特征在于:步骤2)中所述的络合剂为草酸钾、草酸钠、草酸锂、草酸铵、草酸的一种或两种以上； 其中，三价无机铁盐中的铁离子与络合剂中草酸根离子的摩尔比为1:0.5?6。
7.按照权利要求1所述制备Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料的均勻沉淀方法,其特征在于:步骤2)中所述的还原剂为硼氢化钠、硼氢化钾、水合肼、次亚磷酸钠、抗坏血酸中的一种或两种以上； 其中，三价无机铁盐中的铁离子与还原剂的摩尔比为1:0.5?3。
8.按照权利要求1所述制备Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料的均勻沉淀方法,其特征在于:步骤2)中加入还原剂后，搅拌速度为400?lOOOrmp，反应温度为O?90°C，反应时间为0.1?3h。
9.按照权利要求1所述制备Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料的均勻沉淀方法,其特征在于:步骤4)中所述的煅烧温度为300?700°C。
10.按照权利要求1所述制备Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料的均勻沉淀方法,其特征在于:步骤4)中所述的保护性气氛为空气、氧气、氩气、氮气的一种或两种以上。
11.按照权利要求1所述制备Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料的均勻沉淀方法,其特征在于:所述制备的Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料中的Fe2O3质量分数为5%?98%。
12.按照权利要求11所述制备Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料的均匀沉淀方法，其特征在于:所述制备的Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料中的Fe2O3质量分数为25%?90%。
13.权利要求1所述方法制备的Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料应用于锂离子电池或非对称型超级电容器的电化学储能装置中的负极材料。
【专利摘要】一种制备Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料的均匀沉淀方法，利用络合剂C2O42-与溶液中的Fe3+反应生成可溶的[Fe(C2O4)3]3+络合物，再利用还原剂还原Fe（III）为Fe（II），Fe（II）与溶液中的C2O42-反应生成FeC2O4沉淀或均匀沉积在碳质材料上的FeC2O4沉淀，获得FeC2O4或FeC2O4/碳复合材料前驱体；再经一定温度煅烧处理制得Fe2O3纳米带或Fe2O3纳米带/碳复合材料。Fe2O3纳米带/碳用作锂离子电池负极材料时，表现出优异的电化学性能。其中，碳质材料一方面可以有效缓冲Fe2O3在充放电过程中的体积变化，改善材料的循环稳定性，另一方面碳质材料形成有效的导电网络，有利于电子的快速传输，提高了材料的倍率性能。另外，本发明涉及的制备方法对设备要求低，制备条件温和，工艺简单，周期短，成本低，适合规模化生产。
【IPC分类】H01M4-52, B82Y40-00, H01G11-30, H01M4-62
【公开号】CN104617290
【申请号】CN201310539246
【发明人】陈剑, 武明昊, 王崇
【申请人】中国科学院大连化学物理研究所
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2013年11月4日