[發明專利]動力鋰離子電池Fe/ FeO復合負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 200910308813.6
• 申請日: 2009-10-26
• 公開（公告）號: CN101699640A
• 公開（公告）日: 2010-04-28
• 發明（設計）人: 劉洪波;石磊;何月德;簡志敏
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/02;H01M4/52;H01M4/62
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明屬于鋰離子電池負極材料領域，涉及一種動力鋰離子電池Fe/FeO復合負極材料 及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著全球石油能源開采瀕臨殆盡以及環境保護意識增強，交通運輸業正面臨著 巨大壓力，盡管人們已經運用了多次采油技術以及綠色環保措施，但是仍然不能從根本上解 決問題。為了保護人類賴以生存的自然環境和更充分有效地利用自然資源，大力研發電動汽 車就成為新一代環境協調型交通工具的重要發展方向。使用電動汽車代替燃油機汽車，可在 很大程度上緩解人們對石油資源的依賴性，對治理大氣污染也極為有益。動力電池是電動汽 車研發成敗的關鍵，其主要性能指標是比能量、比功率、使用壽命和安全性能。從現在的發 展趨勢看來，傳統的鉛酸和鎳氫電池比能量較低，比功率較低，續駛里程較短，已不能滿足 新一代電動汽車的性能要求，因此，動力鋰離子電池已成為當前電動汽車的首選動力電源。 然而，目前市售鋰離子電池的缺點之一是快速充放電性能差，從而限制了它在電動汽車、能 量存儲中的應用，并制約了它的進一步發展和大規模應用。商業化鋰離子電池普遍采用石墨 材料作為負極，它的理論比容量僅有372mAh/g(750mAh/cm³)，且在快速充放電過程中存 在石墨層剝落現象，導致明顯的容量衰減；此外，石墨負極材料的嵌鋰電位與鋰析出電位接 近，組裝成電池組后，某些單電池在快速充放電過程中易產生鋰枝晶現象，這些因素都嚴重 制約其在動力鋰離子電池中的應用。因此，采用其它材料代替石墨負極成為鋰離子電池研究 的重點。

近年來，人們發現某些鐵氧化物也可以用于鋰離子電池負極材料，主要包括FeO、Fe₃O₄以及α-Fe₂O₃。這類材料具有比容量高、資源豐富、環境友好以及價格低廉等優點，此外， FeO與Fe₃O₄還具有較好的導電性能，有望在高功率鋰離子電池方面得到應用。鐵氧化物的嵌 鋰過程與其它過渡金屬氧化物負極材料類似，可用下式表達：

Fe_xO_y+2y?Li＝x?Fe+y?Li₂O??………………(1)

脫鋰過程為上述方向的逆反應。三種鐵氧化物材料中，α-Fe₂O₃的理論比容量最高，約 為1005mAh/g，但導電性能極差，即使在制備用于低功率充放電的電極片時，也往往需添加 40％左右的導電劑，很難實現商業化應用。Fe₃O₄與FeO的理論比容量雖然較低，分別為924.2 mAh/g和745mAh/g，但導電性能較好，可用于高容量型鋰離子電池負極材料。如能通過適當 的合成工藝將單質Fe與Fe₃O₄或FeO復合，則一方面可以進一步增加材料的導電性能，另一方 面還可以促進(1)式的逆反應過程，使得電極材料脫鋰更加充分，提高首次充放電效率。

發明內容

本發明的所要解決的技術問題是提供一種動力鋰離子電池Fe/FeO復合負極材料及其制 備方法。該材料比容量高、導電性能好、循環壽命長、快速充放電性能優良，且制作方法簡 單、成本低。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：

一種動力鋰離子電池Fe/FeO復合負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 將檸檬酸鐵粉末加入到溶有有機物熱解炭前驅體的溶液中，使其中檸檬酸鐵與有機物熱解炭 的原子比為20∶1~4∶1，所述的有機物熱解炭前驅體為酚醛樹脂、環氧樹脂、瀝青或蔗糖 。攪拌混合成均勻漿體后，置入烘箱內升溫至40~180攝氏度并保溫固化，冷卻后研磨。將所 得固體粉末在惰性氣氛條件下以600~900℃的溫度進行恒溫熱處理，冷卻后研磨、過篩，得 到顆粒尺寸小于38微米的粉末，即為動力鋰離子電池Fe/FeO復合負極材料。

所述的在40~180攝氏度下的保溫固化時間為0.5~4h。

酚醛樹脂乙醇溶液的濃度為200g/l，環氧樹脂丙酮溶液的濃度為160g/l，瀝青四氫呋 喃溶液的濃度為100g/l，蔗糖水溶液的濃度為1000g/l。

固化產物的恒溫熱處理的時間為2-4小時。

所述的Fe/FeO復合負極材料中Fe的質量百分含量為30~55％。