【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電極材料，尤其涉及一種中空磷化鐵/碳納米纖維及其制備方法和應用。
技術介紹
1、負極作為電池的主要組成部分，決定著電池的性能。理想的鋰離子電池負極材料應該可以容納足夠的鋰離子，具有較高的離子電導率以及良好的循環穩定性。但現有的鋰離子電池負極材料存在著大電流循環性能差，首次充放電效率低等問題。因此，開發一種高性能的新型鋰離子電池負極材料，以及對現有的材料進行改性是當今鋰離子電池負極材料領域的研究熱點。
2、鐵(fe)作為地殼中豐度最高的元素之一，fe基化合物因其低成本和環境友好性被認為是當前電極材料的有前途的替代品。fe基化合物中，fe基氧化物(fe3o4、fe2o3)已被研究作為鋰離子電池的負極，雖然它們有著較高的比容量，但其較差的導電性和高不可逆容量損失限制了它們的商業化應用。與氧化物相比，磷化鐵(fe2p)具有更高的電導率(0.33scm-1)、更低的理論容量耗損以及更高的轉化反應理論容量。然而這種高容量的轉化過程會導致fe2p的體積膨脹更大，影響其循環穩定性。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于，針對現有技術的上述不足，提出一種中空磷化鐵/碳納米纖維及其制備方法和應用。
2、本專利技術的一種中空磷化鐵/碳納米纖維的制備方法，包括如下步驟：
3、s1、將乙酰丙酮鐵、苯膦酸、聚甲基丙烯酸甲酯溶解于有機溶劑中得芯層溶液；將聚丙烯腈溶解于有機溶劑中得到皮層溶液；
4、s2、將步驟s1在配制的芯層和皮層溶液分別裝入注射器
5、s3、先同軸納米纖維膜先預氧化再碳化得到中空磷化鐵/碳納米纖維。
6、進一步的，所述步驟s1中，乙酰丙酮鐵、苯膦酸和聚甲基丙烯酸甲酯的摩爾質量比為的質量為1.5-2.5mmol:0.75-1.25mmol:1-1.5g；
7、進一步的，所述聚甲基丙烯酸甲酯與有機溶劑的質量體積比為1-1.5g:10ml。
8、進一步的，所述聚丙烯腈與有機溶劑的質量體積比為1-1.25g:10ml；有機溶劑為n,n-二甲基甲酰胺。
9、進一步的，碳化的溫度為650-750℃，升溫程序為5℃/min，時間為2h。
10、進一步的，預氧化的升溫程序為2℃/min，第一段煅燒溫度為180℃，煅燒時間為2h，第二段煅燒溫度為280℃，煅燒時間為2h。預氧化階段，不發生反應，目的是增加纖維的力學強度和熱穩定性，以便在高溫和高強度條件下使用。
11、進一步的，同軸靜電紡絲中，針尖距集流體距離為20cm，正高壓為16kv，負高壓為-3kv，外通道溶液推注速度為0.060mm/min，內通道溶液推注速度為0.040-0.080mm/min，同軸針頭尺寸為16g/21g,針頭平移距離為4.00mm，針頭平移速度為40.00mm/min，滾筒收集器接收速度為140.00r/min。
12、一種采用如上述的制備方法制備的中空磷化鐵/碳納米纖維材料。
13、一種負極材料，將上述的中空磷化鐵/碳納米纖維材料直接裁剪后作為負極材料。
14、一種鋰電池，采用如上述的負極材料作為負極。
15、本專利技術通過負載磷化鐵到碳納米纖維上形成磷化鐵基復合材料，提高其結構穩定性以及導電性，制備出中空的碳納米纖維，提高材料比表面積，增加材料活性位點，進而提高其電化學性能。
16、本專利技術制備的中空磷化鐵/碳納米纖維可以直接作為鋰離子電池負極，將碳材料構建成自支撐的結構，以支撐活性材料，從而避免使用粘結劑，影響制備電極的倍率性能和循環穩定性，從而提高負極材料的導電劑和穩定性。
17、本專利技術采用同軸靜電紡絲法制備中空磷化鐵/碳納米纖維，該材料相比于普通實心的磷化鐵碳納米纖維電化學性能更加優異。對比實心纖維，克服了普通磷化鐵實心纖維體積膨脹嚴重、顆粒團聚等問題，中空纖維可以進一步緩解體積變化，中空內腔縮短了離子的擴散長度，并提供了更多的空間來緩解離子嵌入/脫出引起的應變，提高材料的循環性能；中空碳納米纖維將前驅體很好地限制在腔體中，不僅抑制了fe2p顆粒在合成過程中的自由晶體生長，而且有效地緩沖了體積變化，防止了fe2p在嵌入/脫出過程中的聚集和再堆積；中空的形貌可以提高材料的比表面積，增加活性位點，提高其容量，進而提高其電化學性能。
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1.一種中空磷化鐵/碳納米纖維的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟S1中，乙酰丙酮鐵、苯膦酸和聚甲基丙烯酸甲酯的摩爾質量比為的質量為1.5-2.5mmol:0.75-1.25mmol:1-1.5g。
3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述聚甲基丙烯酸甲酯與有機溶劑的質量體積比為1-1.5g:10ml。
4.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述聚丙烯腈與有機溶劑的質量體積比為1-1.25g:10ml；有機溶劑為N,N-二甲基甲酰胺。
5.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：碳化的溫度為650-750℃，升溫程序為5℃/min，時間為2h。
6.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：預氧化的升溫程序為2℃/min，第一段煅燒溫度為180℃，煅燒時間為2h，第二段煅燒溫度為280℃，煅燒時間為2h。
7.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：同軸靜電紡絲中，針尖距集流體距離為20cm，正高壓為16Kv，負高壓為-3kV，外通道溶液推注
8.一種采用如權利要求1-7任一項所述的制備方法制備的中空磷化鐵/碳納米纖維材料。
9.一種負極材料，其特征在于：將權利要求8所述的中空磷化鐵/碳納米纖維材料直接裁剪后作為負極材料。
10.一種鋰電池，其特征在于：采用如權利要求9所述的負極材料作為負極。
...【技術特征摘要】
1.一種中空磷化鐵/碳納米纖維的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟s1中，乙酰丙酮鐵、苯膦酸和聚甲基丙烯酸甲酯的摩爾質量比為的質量為1.5-2.5mmol:0.75-1.25mmol:1-1.5g。
3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述聚甲基丙烯酸甲酯與有機溶劑的質量體積比為1-1.5g:10ml。
4.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述聚丙烯腈與有機溶劑的質量體積比為1-1.25g:10ml；有機溶劑為n,n-二甲基甲酰胺。
5.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：碳化的溫度為650-750℃，升溫程序為5℃/min，時間為2h。
6.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：預氧化的升溫程序為2℃/min...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊應奎，姜亞龍，印彬岑，朱云海，
申請(專利權)人：武漢紡織大學，
類型：發明
國別省市：
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