【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池材料，特别涉及一种三维自支撑电极及其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
1、锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命以及宽工作电压范围等优点，被广泛用作各种储能柜、电子设备的电源以及电动汽车的主要电源。目前，石墨材料由于具有电阻率低、价格低廉以及丰富的储量等优点，被广泛用作主流锂离子电池负极材料。然而，石墨材料理论比容量较低(372mah/g)，这严重限制了石墨负极在高能量密度器件中的应用。因此，寻找具有更高能量密度的负极材料是下一代锂离子电池发展的主要任务之一，fe3o4因其具有高理论比容量(924mah/g)，以及储量丰富和价格低廉等优点，受到研究人员的广泛关注。然而，由于fe3o4的储锂方式特殊，在锂离子嵌入/脱出过程中，会导致fe3o4的晶体结构发生改变，出现不可逆体积膨胀，从而严重影响锂电池电化学性能。因此，需要探索出一种新型的fe3o4电极材料。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种三维自支撑电极的制备方法，在三维自支撑基底上原位形成碳包覆纳米fe3o4，制备工艺简单，且原位形成的碳包覆纳米fe3o4有助于增加纳米fe3o4活性物质与导电基底之间的相互作用，能进一步改善纳米fe3o4材料内部及其与电解质界面的电子/离子传输性能。
2、本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的三维自支撑电极。
3、本专利技术的再一目的在于提供一种基于上述三维自支撑电极的锂离子电池。
4、本
5、本专利技术提供一种三维自支撑电极的制备方法，包括以下步骤：
6、将间苯二酚和甲醛溶于乙醇和水混合溶液中，并加入氨水，搅拌至充分混合，得到有机高分子溶液；
7、将含铁化合物加入有机高分子溶液中，搅拌至充分溶解，得到前驱体溶液；移液至反应釜中，将三维导电基底置于所述反应釜中进行水热反应，得到含有铁/碳前驱体的三维自支撑基底；所述含铁化合物为三氯化铁、九水合硝酸铁、硫酸铁和柠檬酸铁中的至少一种；
8、将含有铁/碳前驱体的三维自支撑基底烘干后在惰性气氛中退火处理，自然冷却至室温后即可得到负载原位碳包覆纳米fe3o4的三维自支撑电极。
9、优选的，所述三维导电基底为泡沫ni、泡沫cu或活性碳布。
10、优选的，所述间苯二酚和甲醛的质量体积比为(1-5)g：(1-4)ml。
11、优选的，所述含铁化合物与所述间苯二酚的质量比为(1.5-2.5)：0.1。
12、优选的，所述水热反应的反应条件为：反应温度为160-200℃，反应时间为8-12h。
13、优选的，所述退火处理，具体为：退火处理温度为400-800℃，退火处理时间为1-3h，升温速率为5-10℃/min。
14、优选的，所述惰性气氛为n2、ar中的至少一种。
15、优选的，所述将三维导电基底置于所述反应釜中，具体为：
16、将三维导电基底置于所述反应釜中，并使其与前驱体溶液的液面面呈40～50°角。
17、优选的，所述乙醇和水的体积比为1：(1-3)。
18、优选的，所述三维导电基底经过以下预处理：
19、将三维导电基底放入酸中浸泡，然后用去离子水和乙醇超声冲洗多次并烘干，以得到处理活化后干净导电基底；更优选的，所述酸为盐酸、硫酸或硝酸，浓度为2-4m；所述浸泡为浸泡的时间为10-30min；所述烘干的温度为30-80℃。
20、优选的，所述间苯二酚与氨水的质量体积比为：(0.1-0.5)g：(0.3-0.5)ml。
21、本专利技术还提供一种三维自支撑电极，由所述的三维自支撑电极的制备方法制备得到。
22、本专利技术还提供一种锂离子电池，以所述的三维自支撑电极作为负极。
23、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
24、(1)本专利技术的三维自支撑电极的制备方法，在三维自支撑基底上原位形成碳包覆纳米fe3o4，制备工艺简单，且原位形成的碳包覆纳米fe3o4有助于增加纳米fe3o4活性物质与导电基底之间的相互作用，能进一步改善纳米fe3o4材料内部及其与电解质界面的电子/离子传输性能。
25、(2)本专利技术的三维自支撑电极的制备方法，主要通过将合成原料中的间苯二酚、甲醛、含铁化合物均溶解形成前驱体溶液，再通过水热反应一步原位合成碳包覆纳米fe3o4，可以有效减少纳米fe3o4材料的团聚和堆积，提高电极材料的活性位点和循环稳定性。
26、(3)本专利技术的三维自支撑电极的制备方法，原材料容易获得，制备工艺简单，制备效率高，成本低，可用于大规模生产，在锂离子电池电极等领域有广泛的应用前景。
27、(4)本专利技术的三维自支撑电极，原位碳包覆纳米fe3o4粒子结构能够很好的缓冲锂离子嵌入和脱出时纳米fe3o4的体积变化和电化学冲击；且三维自支撑电极泡沫镍基底上的多孔结构也可以有助于抑制fe3o4充放电时候不可逆体积膨胀问题。
28、(5)本专利技术的三维自支撑电极，由于自身无导电剂、无粘结剂的电极结构，可使得全电池的能量密度增加，并且由于活性材料与集流体之间的结合力更强、更均匀，没有死体积，可进一步提升活性材料的利用效率，并且电子迁移率更高。
29、(6)本专利技术的三维自支撑电极，三维自支撑电极结构可以增大活性材料与电解液的接触面积，有利于离子的传输，缩短离子的扩散路径，提高倍率性能和循环性能。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种三维自支撑电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的三维自支撑电极的制备方法，其特征在于，所述三维导电基底为泡沫Ni、泡沫Cu或活性碳布。
3.根据权利要求1所述的三维自支撑电极的制备方法，其特征在于，所述间苯二酚和甲醛的质量体积比为(1-5)g：(1-4)ml。
4.根据权利要求1所述的三维自支撑电极的制备方法，其特征在于，所述含铁化合物与所述间苯二酚的质量比为(1.5-2.5)：0.1。
5.根据权利要求1所述的三维自支撑电极的制备方法，其特征在于，所述水热反应的反应条件为：反应温度为160-200℃，反应时间为8-12h。
6.根据权利要求1所述的三维自支撑电极的制备方法，其特征在于，所述退火处理，具体为：退火处理温度为400-800℃，退火处理时间为1-3h，升温速率为5-10℃/min。
7.根据权利要求1所述的三维自支撑电极的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛为N2、Ar中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的三维自支撑电极的制备方法，其特征在于，所述
9.一种三维自支撑电极，其特征在于，由权利要求1～8任一项所述的三维自支撑电极的制备方法制备得到。
10.一种锂离子电池，其特征在于，以权利要求9所述的三维自支撑电极作为负极。
...【技术特征摘要】
1.一种三维自支撑电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的三维自支撑电极的制备方法，其特征在于，所述三维导电基底为泡沫ni、泡沫cu或活性碳布。
3.根据权利要求1所述的三维自支撑电极的制备方法，其特征在于，所述间苯二酚和甲醛的质量体积比为(1-5)g：(1-4)ml。
4.根据权利要求1所述的三维自支撑电极的制备方法，其特征在于，所述含铁化合物与所述间苯二酚的质量比为(1.5-2.5)：0.1。
5.根据权利要求1所述的三维自支撑电极的制备方法，其特征在于，所述水热反应的反应条件为：反应温度为160-200℃，反应时间为8-12h。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：甘伟江，王仲民，罗仁欢，邓健秋，王一霆，赖华俊，许泽兵，曾睿，郝成罡，陆科呈，蒋文斌，唐杰，王凤，
申请(专利权)人：广西科学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。