[發(fā)明專利]一種鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310311901.8
• 申請(qǐng)日: 2013-07-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103413941A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 禹筱元;劉偉健;方岳平;羅國(guó)恩;周訓(xùn)富
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/58
• 分類號(hào): H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)材料領(lǐng)域，更為具體地，涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

新能源汽車在《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃的建議》中被列為七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。鋰離子電池和鎳氫電池是新能源汽車的直接能量來(lái)源，其水平?jīng)Q定了新能源汽車的發(fā)展水平。但由于新能源汽車所需大功率動(dòng)力電池的迫切需要，以及鋰離子動(dòng)力電池目前存在價(jià)格和安全性等瓶頸問(wèn)題，鋰離子動(dòng)力電池關(guān)鍵材料正面臨著新的挑戰(zhàn)。目前鋰離子電池負(fù)極材料以石墨化碳材料為主，但是碳材料在首次放電過(guò)程中生成的SEI膜，會(huì)造成不可逆容量損失，有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致碳電極內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化和電接觸不良；高溫時(shí)可能會(huì)因保護(hù)層的分解，導(dǎo)致電池失效或引起安全性問(wèn)題；同時(shí)石墨負(fù)極的單位體積容量相對(duì)較低，難于滿足諸如電動(dòng)汽車、風(fēng)能太陽(yáng)能儲(chǔ)能、智能電網(wǎng)能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域高能量密度電池的要求。因此，研發(fā)高容量和高性價(jià)比的負(fù)極材料刻不容緩。

金屬、金屬氧化物及其復(fù)合材料具有高的比容量已成為鋰離子電池負(fù)極材料的重要選擇，具有極大的發(fā)展?jié)摿?。在作為L(zhǎng)IBS的負(fù)極的大量金屬氧化物中，三類典型的金屬氧化物以其不同的儲(chǔ)鋰機(jī)理和特點(diǎn)脫穎而出，即錫基（如SnO₂），鈦基（如TiO₂、Li₄Ti₅O₁₂），與許多過(guò)渡金屬氧化物。與目前商品化的石墨負(fù)極相比，這些金屬氧化物材料展示出多方面的優(yōu)點(diǎn)，如：非常高的容量，廣泛的適用性，穩(wěn)定性好，對(duì)環(huán)境友好。但錫基、硅基等金屬基負(fù)極材料在鋰嵌入后體積膨脹，容易導(dǎo)致電極粉化，影響結(jié)構(gòu)和循環(huán)穩(wěn)定性，難以滿足大功率動(dòng)力鋰離子電池的要求。

在過(guò)去十年，一種新的關(guān)于過(guò)渡金屬氧化物的儲(chǔ)鋰機(jī)理得到了證實(shí)，被稱為“轉(zhuǎn)化型反應(yīng)”。鐵氧化物和錳氧化物是這種類型的電極材料的代表，且存量豐富，無(wú)毒、無(wú)污染，容易制備。一般而言，鋰在這些電極上的存儲(chǔ)是基于鋰與過(guò)渡金屬離子之間的可逆的氧化還原反應(yīng)。因此，它們普遍具有較高的容量，例如，氧化鐵的理論容量大約是1000mAh/g。鐵基負(fù)極材料應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料是近幾年才發(fā)展起來(lái)，現(xiàn)今研究的主要有鐵基氧化物（FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄）、鐵基合金和其他鐵基負(fù)極材料（FeS₂、FeOOH、FeF₃等）。其中α-Fe₂O₃得到較多研究者的關(guān)注，Lou等以丙三醇乳液為模板制備出了α-Fe₂O₃空心球，在200mA/g電流密度下經(jīng)過(guò)100次循環(huán)后比容量保持710mAh/g。Chen等利用模板法制備出了Fe₂O₃納米管，在100mA/g電流密度下循環(huán)10次后容量保持600mAh/g。但是困擾α-Fe₂O₃負(fù)極材料得以應(yīng)用的主要有：(1)α-Fe₂O₃導(dǎo)電性較差，存在嚴(yán)重的電壓滯后現(xiàn)象，導(dǎo)致較低的能量效率；(2)α-Fe₂O₃負(fù)極材料在鋰離子脫嵌過(guò)程中體積變化較大，導(dǎo)致電極材料破碎、粉化，易造成電極材料活性顆粒失去良好的電接觸和機(jī)械接觸，以及電極表面固體電解質(zhì)相界而膜(SEI膜)的破裂，失去對(duì)電極的保護(hù)，導(dǎo)致其容量迅速衰減。所以，目前緩解金屬基負(fù)極材料鋰化過(guò)程中巨大體積膨脹造成的粉碎的研究主要：創(chuàng)建孔隙空間去容納體積變化；構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)緩沖機(jī)械應(yīng)變或研發(fā)新型比容量高、循環(huán)性能和倍率性能優(yōu)良的負(fù)極材料。然而碳酸亞鐵應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料的研究未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)告。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)中鋰離子電池負(fù)極材料性能不足的缺陷，提供一種鋰離子電池負(fù)極材料碳酸亞鐵。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種鋰離子電池負(fù)極材料碳酸亞鐵的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種鋰離子電池負(fù)極材料，所述負(fù)極材料為碳酸亞鐵。

一種鋰離子電池負(fù)極材料碳酸亞鐵的制備方法，包括以下步驟：

S1.將十二烷基硫酸鈉溶于去離子水中，攪拌混勻得溶液A；

S2.將可溶性亞鐵鹽加入溶液A中，攪拌混勻得溶液B；