[發(fā)明專利]一種多孔穩(wěn)定的電極材料的制作方法

在審

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• 申請日: 2014-06-21
• 公開（公告）號: CN105206826A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王威淞
• 申請（專利權(quán)）人: 王威淞
• 主分類號: H01M4/52
• 分類號: H01M4/52;H01M4/62;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池用負極材料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種多孔穩(wěn)定的電極材料的制作方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有工作電壓和比能量較高、無記憶效應(yīng)、長壽命等優(yōu)勢，目前已廣泛應(yīng)用于便攜式裝置的供電系統(tǒng)。近年來隨著能源緊缺問題的日漸加劇，鋰離子電池在電動汽車等大功率體系中的應(yīng)用也越來越廣泛。此類電池多采用石墨材料作為負極活性材料，但石墨材料的理論容量僅為372mAhg^-1，其能量的提升空間有限，這成為限制鋰電池比容量提高的瓶頸。而鐵鋰氧化物納米材料，由于容易制備、無毒、環(huán)境友好、成本低，成為鋰離子電池材料領(lǐng)域的研究熱點。

目前，采用固相燒結(jié)法、交換反應(yīng)法、熔鹽合成法、水熱反應(yīng)等方法合成了LiFeO2納米材料，但這種材料一般作為鋰離子電池正極材料使用，其容量由于制備工藝不同而不同，單一LiFeO2材料的電化學活性低，容量保持率低，極大降低了鐵鋰氧化物的電化學性能，而且只作為正極材料使用，從而限制了該材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。

近年來，研究人員開始嘗試尋找具有高容量以及優(yōu)異循環(huán)性能、倍率性能的新型鋰電用負極材料。過渡金屬氧化物由于具有較高的理論容量、良好的電化學穩(wěn)定性而成為一類具有良好應(yīng)用前景的負極材料，如常見的三氧化二鐵負極材料，其理論容量超過1000mAhg^-1，同時具有價格低廉、環(huán)境相容性好的特點。但此類過渡金屬氧化物負極材料在充放電過程中伴隨著明顯的體積膨脹和收縮過程，這會引起電池容量的迅速衰減。為了提高此類電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性，研究人員嘗試通過調(diào)節(jié)材料的粒徑、碳包覆等技術(shù)手段來減小體積膨脹對電極材料循環(huán)穩(wěn)定性的影響。

因此，如何生產(chǎn)一種多孔穩(wěn)定的電極材料的制作方法，具有殼層結(jié)構(gòu)的多孔性，能改善電解液對電極材料的浸潤能力，同時又可縮短鋰離子擴散路徑，改善材料的倍率性能，是本發(fā)明要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種多孔穩(wěn)定的電極材料的制作方法，反應(yīng)反應(yīng)條件溫和，原料易得，制備工藝簡單，容易得到高純度的產(chǎn)物，具有較高的充放電容量以及良好的循環(huán)性能和倍率性能，獲得的材料形貌規(guī)則、尺寸比較均一，易于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，該實驗流程具有重現(xiàn)性強、操作條件簡單可控的優(yōu)勢。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種多孔穩(wěn)定的電極材料的制作方法，其特征在于，具有包括如下步驟：

（1）將六水三氯化鐵（FeCl3·6H2O）和磷酸二氫銨（NH4P₃O4）按摩爾比例為15：1混合，放入反應(yīng)釜中，加入去離子水混合，控制反應(yīng)溫度160-180℃，水熱反應(yīng)6-8h；

（2）冷至室溫后，將離心得到的沉淀物利用由檸檬酸與乙醇按照摩爾比5：1組成的溶劑清洗，在63-68^oC下烘干8-10h，獲得（Fe₂O₃·H₂O）納米棒；

（3）將上述步驟制得的納米棒按照0.08-0.1%分散到無水乙醇中，將0.5-0.7%的氨水逐滴加入上述溶液中，超聲16-22min后，將鈦酸四丁酯和一水氫氧化鋰（LiOH·H2O）按摩爾比例為1：1混合，按照1.2-1.5%逐滴加入到上述溶液中，得到的混合液在46-48^oC條件下回流18-22h；

（4）將得到的沉淀清洗、干燥，即得到（Fe₂O₃·H₂O）/TiO₂/LiO納米棒，在520-550^oC條件下煅燒3-5h，即得到多孔Fe₂O₃/TiO₂/LiO核殼結(jié)構(gòu)納米棒。

進一步的，所述步驟（3）中的氨水的質(zhì)量百分比為30%。

本發(fā)明的有益效果為：

1、本發(fā)明制備的多孔Fe₂O₃/TiO₂/LiO核殼結(jié)構(gòu)納米棒，具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，二氧化鈦和氧化鋰的引入可在充放電過程中對三氧化二鐵材料起到有效的支撐作用，復合材料的多孔結(jié)構(gòu)可有效緩沖三氧化二鐵充放電過程中的體積變化，具有較高的充放電容量以及良好的循環(huán)性能和倍率性能。