[發明專利]鋰離子電池負極材料Fe2O3及其制備方法

無效

• 申請號: 201310018469.3
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN103022474A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 余愛水;張晶晶;黃桃
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01M4/52
• 分類號: H01M4/52;C01G49/06
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種鋰離子電池負極材料及其制備方法。?

背景技術

隨著電子科技和信息產業的發展，特別是各種便攜式電子設備，如移動電話、攝像機、筆記本電腦等向高性能、小型化的方向發展，人們需要高性能的電源作為動力保障。鋰離子電池由于具有高電壓、高能量密度、自放電小、循環壽命長、無污染和無記憶效應等優點，已廣泛應用于移動電話、筆記本電腦、小型攝像機等電器設備上,在電動汽車、衛星、航天航空以及空間軍事等領域也顯示出了良好的應用前景和潛在的經濟效益。

目前的鋰離子電池比能量受限于正、負極材料的比容量，一般只能達到80-150?Wh?Kg^-1,很難滿足智能設備、智能電網和電動汽車等新技術對二次電池比能量的苛刻要求。目前商業化的鋰離子電池主要采用石墨類負極材料，由于石墨的理論嵌鋰容量僅為372?mA?h?g^-1，而且實際應用的材料已達到370?mA?h?g^-1，因此該類材料在容量上幾乎已無提升空間。為了提高鋰離子電池的比容量，各種新型的高能負極材料被開發出來，其中，過渡金屬氧化物Co₃O₄，NiO，Fe₃O₄，Fe₂O₃，CuO性能研究備受關注。過渡金屬氧化物充放電過程發生的是轉化反應MO_x+?2xLi⁺+2xe^-?=?M+xLi₂O,不同于傳統鋰離子電池材料的插嵌理論。因為轉化反應中每摩爾活性物質對應2-6個電子轉移，所以具有比現在商業用的石墨負極材料更高的理論比容量。其中，Fe₂O₃由于具有環境友好，價格低廉，資源豐富，理論比容量高?(1008?mA?h?g^-1)?等優點被廣泛研究。但是其循環穩定性和倍率性能依然達不到實際應用的要求。這個缺陷主要源于循環過程中活性物質體積的變化和動力學的限制。

發明內容

本發明的目的是提供一種工藝簡單，產率高，顆粒大小分布均勻，循環性能好的鋰離子電池負極材料Fe₂O₃及其制備方法。

本發明提出的鋰離子電池負極材料Fe₂O₃的制備方法，是以賴氨酸作為沉淀劑，經水熱反應，制備得多孔Fe₂O₃微球，具體步驟為：

稱取金屬鹽水合物FeCl₃·6H₂O，溶于去離子水中，加入賴氨酸，作為沉淀劑，攪拌均勻；水熱反應溫度為140-200?oC，反應時間為4-12?h；然后經過水洗、乙醇洗，離心、干燥，得到由納米顆粒堆積出來的多孔Fe₂O₃微球。

本發明中，所述賴氨酸與金屬鹽的質量比為1:0.5-1。

由本發明方法合成出來的材料是由納米顆粒堆積出來的多孔Fe₂O₃微球，應用為鋰離子電池負極材料時具有很大的優勢。首先，納米結構的電極材料相對于以往的微米級材料，不僅縮短了鋰離子和電子的傳輸路徑，而且電解液與電極材料的接觸面積變大使得反應速度加快，極大地提高了材料的倍率性能。同時，納米顆粒自發堆積成微球，使得材料的體積比容量得到了提高，而且有利于電池制作工藝中涂布過程的掌控，使得膜的質量和厚度可以得到更好的控制。納米顆粒之間形成的孔道，也有利于鋰離子和電子的傳輸和電解液的浸透，同時也可以緩解材料充放電過程中體積的膨脹，避免了材料的粉化，從而提高了材料的循環性能。

本發明方法，以賴氨酸作為沉淀劑，原料便宜無毒，工藝簡單，重現性好，產率高，制備的多孔Fe₂O₃微球結構穩定，大小分布均勻。應用于鋰離子電池負極材料時，電化學性能優異。

附圖說明

圖1是本發明產品的X-射線衍射圖。

圖2是本發明產品的掃描電鏡照片。其中，a，b，c為實施例1，d為實施例2，e為實施例3。

圖3是本發明產品的透射電鏡照片。

圖4是本發明產品微結構圖示。其中，a?為比表面圖，b為孔徑分布圖。

圖5是產品的電化學性能。其中，5a是充放電曲線圖，b是循環圖。

具體實施方式