一种复合电极材料的制备方法与流程

本发明涉及一种复合电极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为最先进的储能装置，其应用已遍及各个领域。锂离子电池中负极材料是决定锂离子电池性能和成本的关键，随着科学的发展导致对能源需求加大，对锂离子电池具有高容量、长周期稳定和安全性能的要求变得越来越迫切。

在大量的负极材料中，过渡金属硫化物，如co9s8、fes2、cos2和nis的理论容量高，而且低成本，安全且对环境影响小。此外，由于高电导率、优越的机械和热稳定性和优异的氧化还原可逆性，过渡金属硫化物被认为是锂离子的替代负极材料电池。对于二元金属硫化物，由于另一种金属离子的引入，使之更加丰富了原子之间的连接，导致了晶体结构的多样化，具有独特的性质，电化学方面性能表现更为优异，必将成为锂离子电池的较好的负极材料。作为一种性能较差的半导体，cufes2(黄铜矿)在自然界中普遍稳定存在，呈现低光纤带隙和反铁磁性，是具有特殊金色光泽的天然矿物，呈四方结构，其中fe和cu离子在四面体晶格中与硫相协调。由于独特的结构，cufes2具有高导电性和优越性电化学性能。如何避免金属纳米微粒的氧化并能长期稳定地保持其固有性质成为金属微粒制备领域中一项关键技术，也是增加其应用范围的根本之道。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种复合电极材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案：一种复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将li2s和葡萄糖溶解在乙二醇中，搅拌20-40min，得到a溶液；

(2)向所述a溶液中加入c4h6feo4和c4h6cuo4h2o，搅拌50-70min，得到b溶液；

(3)将所述b溶液干燥成黑色粉末后，进行煅烧；

(4)用水和酒精清洗步骤(3)煅烧后的黑色粉末并干燥；

(5)将所述步骤(4)得到的黑色粉末分散在油酸乙醇溶液中，利用激光聚焦光束作用黑色粉末，得到所述复合电极材料。

制备得到的所述复合电极材料为具有较完整的碳框架层的cufes2qds，并且都有石墨结构的有序碳。

优选的，所述激光的波长为1064nm。

优选的，所述油酸乙醇溶液中油酸的体积浓度为0.5％。

优选的，所述激光聚焦光束作用是在惰性气体气氛下进行的。

优选的，所述惰性气体为氩气。

优选的，所述步骤(3)的煅烧程序为：煅烧30min，煅烧温度以10℃min^-1的加热率加热到300℃。

优选的，所述li2s、c4h6feo4、c4h6cuo4h2o和葡萄糖用量的物质的量比为4:2:2:1.1。

优选的，所述步骤(4)燃烧后的黑色粉末在80℃下干燥24h。

优选的，所述步骤(1)中搅拌30min。

优选的，所述步骤(2)中搅拌60min。

本发明还提供一种由上述任一所述的制备方法制备的复合电极材料。

本发明的有益效果在于：上述方法制备的复合电极材料充放电结构稳定，具有均匀的电化学反应和良好的循环稳定性。该方法制备的复合电极材料，在碳框架上具有大规模地cufes2量子点(qds)，并且不受污染阶段的控制，有良好的相位纯度，电池在充放电时频率稳定，误差小，这样的做法是副产物少，能改善材料的导电性，使得组装成电池的内阻最小。

附图说明

图1a为实施例1复合电极材料的cv曲线图；

b为实施例1复合电极材料的放电电荷剖面图。

图2a为实施例1复合电极材料的循环性能和库伦效率图；

b为实施例1复合电极材料的速率性能图；

c为实施例1复合电极材料的长期循环稳定性能图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行具体说明，但不限于此。

实施例1

一种复合电极材料及其制备方法，具体步骤如下：

1.将4mmolli2s和200mg的葡萄糖溶解在20ml的乙二醇中，搅拌30分钟；

2.将2mmolc4h6feo4和2mmolc4h6cuo4h2o加入到上述步骤1中的溶液中，磁力搅拌60分钟；

3.取上述10ml的溶液在300℃下干燥5min，得到黑色粉末；

4.取上述得到的黑色粉末于试管炉中，并在炉内煅烧30min，煅烧温度以10℃min^-1的加热率加热到300℃；

5.用去离子水和酒精清洗上述燃烧后的黑色粉末，离心取固体粉末，在80℃下干燥24h；

6.一束平行的、波长为1064nm的激光光束通过透镜聚焦后作用于乙醇油酸溶液中的固体靶材上。过程为:

(1)配制油酸体积浓度为0.5％的乙醇溶液；

(2)将乙醇油酸溶液置于不吸收激光的石英烧杯中，将步骤5得到的黑色粉末放置烧杯底部，液面高度约为3mm；

(3)利用1064nm纳秒脉冲激光的聚焦光束聚焦在溶液中的靶材上并对其进行作用，激光作用的同时对溶液进行氩气气体保护。

没有经过激光作用的材料，由于高温反应的复杂性，产物中除碳包覆金属颗粒外，也不可避免地伴有其他副产物，如碳纳米管、富勒烯及炭黑等，致使主产物的纯度较低。经过激光作用后，去除了了材料中所含的其他副产物，制备得到的电极材料纯度高，显示出均匀的电化学反应和良好的循环稳定性。

图1a的cv曲线显示，以扫描速率0.2mvs^-1在0.0050到3.0v的进行阳极扫描，显示四个峰，分别为2.10v(a)、1.45v(b)、1.08v(g)和0.55v(h)，而第一个阴极扫描有三个峰，分别为1.56v(d)、1.95v(e)和2.40v(f)。在第一次以后的循环，发现产品具有一致的cv曲线，显示出均匀的电化学反应和良好的循环稳定性。

图1b放电电荷剖面图显示，电流密度为50mag^-1第一次循环放电容量为1540mahg^-1。在第一次充电过程中，可以看到三个平台，容量是1079mahg^-1。最初的库伦比效率是70.0％。第二和第五周期的放电电荷剖面与cv曲线显示相同的特征，其可逆容量约为1050mahg^-1。

图2a显示，在电流充放电密度为0.2mag^-1，初第一次循环放电容量为1174mahg^-1。第一个充电过程的电荷容量是900mahg^-1。因此，初始的库伦比效率是76.7％。在循环250次循环后，放电容量和充电能力分别为825.6mahg^-1和825.5mahg^-1。而这种能力的保留率可以达到91.7％，这表明几乎没有能力衰减。此外，除了第一个周期外，在接下来的249个周期中，库伦比的效率接近100％。

如图2b所示。不同利率的可逆容量1150mahg^-1(0.05g^-1)，1060mahg^-1(0.1g^-1)，960mahg^-1(0.2g^-1)，850mahg^-1(0.4ag)^-1)，700mahg^-1(0.8g^-1)，450mahg^-1(1.6g^-1)，250mahg^-1(3.2g^-1)和110mahg^-1(6.4g^-1)。当电流反转到0.1g^-1时，可逆的容量可以恢复到900mahg^-1，这是可逆容量的90％。即使是在1.6ag^-1的条件下，也可以达到450mahg^-1的可逆转的容量，这仍然超过了石墨的理论能力。因此，所述复合电极以不同的电流密度和优越的速率性能显示了一个长周期的循环寿命。

图2c展示了稳定的循环性能

cufes2qds@c复合电极以0.5的g^-1为基础。在700个周期之后，92.5％的容量可以保留下来。

由于采用激光法进行作用制备得到的具有较完整的碳框架层的cufes2qds材料，材料制备薄膜不仅可以较容易再生靶材的组分，而且还可以采用多靶技术，实现薄膜的分层生长，从而为薄膜电极材料的进一步修饰改进提供了便利。可以改善循环特性和热稳定性，还可以提升锰离子的平均价态、增加薄膜材料的比表面积、降低电池的界面阻抗以及提高锂离子和电子的扩散特性和迁移率，从而进一步提高锂离子电池的放电电压平台、能量密度、可逆容量以及大电流放电能力。为了解决由于基片不稳定性造成材料电化学活性降低的问题其高工作电压、长循环寿命、高能量密度及优越的倍率性能。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。