本發(fā)明屬于電極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚噻吩包覆的氧化鐵中空納米棒及其制備方法與在制備鋰離子電池上的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

鋰離子電池具有高電壓、高容量、循環(huán)壽命長(zhǎng)等顯著優(yōu)勢(shì)，當(dāng)前已廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電子設(shè)備、國(guó)防工業(yè)、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。電極材料是鋰離子電池的核心部分，也是決定鋰離子電池性能的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)的石墨負(fù)極材料理論比容量為372 mAh/g，已不能滿足新一代高比容量鋰離子電池負(fù)極材料的需求。與傳統(tǒng)的石墨負(fù)極相比，過(guò)渡金屬氧化物擁有較高的理論容量和首次充放電容量。但是這些過(guò)渡金屬普通存在循環(huán)性能差的問(wèn)題，限制了它們?cè)阡囯x子電池中的實(shí)際應(yīng)用。本發(fā)明在較低溫度下，首次制備出聚噻吩包覆氧化鐵中空納米棒的復(fù)合納米材料，這種材料很好地解決了上述問(wèn)題，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，而目前還未有聚噻吩包覆氧化鐵中空納米棒的制備方法及其在鋰電池中的應(yīng)用的相關(guān)報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種聚噻吩包覆的氧化鐵中空納米棒及其制備方法與應(yīng)用，其操作簡(jiǎn)便、成本低、純度高、性能優(yōu)異，可大量合成，并具有良好的理論容量及優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，可有效解決目前鋰離子負(fù)極材料存在的容量低、循環(huán)性能差等問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種聚噻吩包覆的氧化鐵中空納米棒，其制備方法包括以下步驟：

1）將0.01-0.02 mol三氯化鐵、200-500 mg聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于5-15mL去離子水中，在65℃-85℃下攪拌反應(yīng)4-6 h，反應(yīng)物經(jīng)去離子水洗滌3遍后干燥，再于350℃-550℃焙燒1-3h，得到中空氧化鐵納米棒；

2）將20-40 mg中空氧化鐵納米棒與15-35 μL 3,4-乙烯二氧噻吩、40-60 mg過(guò)硫酸銨溶解在10-20 mL 0.05-0.15 mol/L的鹽酸中，在15℃-35℃下攪拌反應(yīng)9-11 h，反應(yīng)物經(jīng)去離子水洗滌至中性并干燥。

所述聚噻吩包覆的氧化鐵中空納米棒可作為負(fù)極材料用于制備鋰離子電池，其制備方法為：在充滿氬氣的手套箱里，將所得聚噻吩包覆的氧化鐵中空納米棒與聚四氟乙烯、乙炔黑按質(zhì)量比70-75:5-10:15-20混合研磨后，均勻地涂布在1.3 cm²的銅片上做負(fù)極，正極為金屬鋰，電解質(zhì)是1 M LiPF₆的EC+DEC+DMC（EC/DEC/DMC=1/1/1 v/v/v）溶液。

本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明首次提供了一種聚噻吩包覆的氧化鐵中空納米棒及其制備方法，其操作簡(jiǎn)便、成本低、純度高、性能優(yōu)異，可以大量合成，并具有良好的理論容量及優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，可作為負(fù)極材料用于制備鋰離子電池，有效解決了目前鋰離子負(fù)極材料存在的容量低、循環(huán)性能差等問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為純氧化鐵中空納米棒的XRD圖。

圖2為純氧化鐵中空納米棒的SEM圖。

圖3為聚噻吩包覆的氧化鐵中空納米棒的SEM圖。

圖4為純氧化鐵中空納米棒與聚噻吩包覆的氧化鐵中空納米棒的循環(huán)曲線對(duì)比圖。

圖5為聚噻吩包覆的氧化鐵中空納米棒的充電曲線。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明所述的內(nèi)容更加便于理解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所述的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明，但是本發(fā)明不僅限于此。

實(shí)施例1

1）將0.01 mol三氯化鐵、300 mg聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于10mL去離子水中，在70℃下攪拌反應(yīng)4 h，反應(yīng)物經(jīng)去離子水洗滌3遍后干燥，再于400℃焙燒1h，得到中空氧化鐵納米棒；

2）將30 mg中空氧化鐵納米棒與20 μL 3,4-乙烯二氧噻吩、50 mg過(guò)硫酸銨溶解在15 mL 0.10 mol/L的鹽酸中，在20℃下攪拌反應(yīng)9 h，反應(yīng)物經(jīng)去離子水洗滌至中性并干燥，得到聚噻吩包覆的氧化鐵中空納米棒。

圖1為純氧化鐵中空納米棒的XRD圖。從圖1可以看出，所制備的氧化鐵中空納米棒的衍射峰均與JCPDS標(biāo)準(zhǔn)卡片（PDF#87-1166）的衍射峰一致，說(shuō)明其為純相的氧化鐵。

圖2、圖3分別為純氧化鐵中空納米棒與聚噻吩包覆的氧化鐵中空納米棒的SEM圖。從圖2中可以看出，所制得的氧化鐵中空納米棒的寬度約為35-40 nm，長(zhǎng)度約為250-400 nm；而從圖3中可以看出所制得的氧化鐵中空納米棒表面均勻包覆著大量聚噻吩。

實(shí)施例2

1）將0.01 mol三氯化鐵、200 mg聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于5mL去離子水中，在85℃下攪拌反應(yīng)4 h，反應(yīng)物經(jīng)去離子水洗滌3遍后干燥，再于350℃焙燒3h，得到中空氧化鐵納米棒；

2）將20 mg中空氧化鐵納米棒與15 μL 3,4-乙烯二氧噻吩、40 mg過(guò)硫酸銨溶解在20 mL 0.05 mol/L的鹽酸中，在15℃下攪拌反應(yīng)10 h，反應(yīng)物經(jīng)去離子水洗滌至中性并干燥，得到聚噻吩包覆的氧化鐵中空納米棒。

實(shí)施例3

1）將0.02 mol三氯化鐵、500 mg聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于15mL去離子水中，在65℃下攪拌反應(yīng)6 h，反應(yīng)物經(jīng)去離子水洗滌3遍后干燥，再于550℃焙燒1h，得到中空氧化鐵納米棒；

2）將40 mg中空氧化鐵納米棒與35 μL 3,4-乙烯二氧噻吩、60 mg過(guò)硫酸銨溶解在10 mL 0.15 mol/L的鹽酸中，在35℃下攪拌反應(yīng)9 h，反應(yīng)物經(jīng)去離子水洗滌至中性并干燥，得到聚噻吩包覆的氧化鐵中空納米棒。

實(shí)施例4 鋰離子電池的組裝

在充滿氬氣的手套箱里，將所得聚噻吩包覆的氧化鐵中空納米棒與聚四氟乙烯、乙炔黑按質(zhì)量比70-75:5-10:15-20混合研磨后，均勻地涂布在1.3 cm²的銅片上做負(fù)極，正極為金屬鋰，電解質(zhì)是1 M LiPF₆的EC+DEC+DMC（EC/DEC/DMC=1/1/1 v/v/v）溶液。

圖4為純氧化鐵中空納米棒與聚噻吩包覆的氧化鐵中空納米棒的循環(huán)曲線對(duì)比圖，圖5為聚噻吩包覆的氧化鐵中空納米棒的充電曲線。如圖中所示，純的氧化鐵比容量高，但是其容量衰減很快，經(jīng)過(guò)200次循環(huán)后，其容量?jī)H為200 mAh/g；而聚噻吩包覆的氧化鐵中空納米棒雖然首次容量?jī)H有580 mAh/g，但其比容量逐漸上升，在經(jīng)過(guò)200次循環(huán)后可穩(wěn)定在1000 mAh/g左右。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。