[發(fā)明專利]一種炭包覆金屬氟化物核殼結(jié)構(gòu)納米材料、制備方法及其作為鋰電池正極材料的應(yīng)用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410340455.8
• 申請日: 2014-07-16
• 公開（公告）號: CN104091949A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周繼升;宋懷河;張迪;陳曉紅;馬兆昆
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)常州先進(jìn)材料研究院
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米復(fù)合材料領(lǐng)域,特別是一種鋰離子二次電池用復(fù)合正極材料及其制備方法。?

背景技術(shù)

目前，商業(yè)化的正極材料是鈷酸鋰等材料。其比容量低，而且不適于快速充放電，是制約鋰離子電池發(fā)展的瓶頸。因此，發(fā)展具有高容量、高倍率性能、低成本、長壽命、安全可靠的新一代正極材料以代替商業(yè)化的鈷酸鋰等正極材料十分緊迫。過渡金屬氟化物(如FeF₃、FeF₂、NiF₂、CuF₂等)能與鋰離子發(fā)生可逆的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，具有高的理論比容量、環(huán)境友好以及成本低等優(yōu)點，有望成為新一代鋰離二次電池正極材料。?

過渡金屬氟化物中金屬離子與F離子之間具有較強的離子鍵性質(zhì)，具有較高的鍵能，從而使鋰離子與金屬氟化物之間具有較高的電化學(xué)反應(yīng)電位。然而，金屬氟化物的較強的金屬-F離子鍵導(dǎo)致其具有較低的電導(dǎo)率以及電化學(xué)反應(yīng)過程中較高的結(jié)構(gòu)不可逆性，影響其電化學(xué)活性，阻礙了其實際應(yīng)用。目前，研究者多通過高能球磨的方法來合成炭/金屬氟化物復(fù)合材料的方法來提高金屬氟化物導(dǎo)電性、緩解其體積變化。Amatucci等人[Badway?F,et?al.J.Electrochem.Soc.,2003,150(9):A1209-A1218.]將FeF₃與炭材料(乙炔黑、活性炭或者膨脹石墨)進(jìn)行高能球磨，制備出炭/FeF₃納米復(fù)合材料。除了與炭材料復(fù)合外，Amatucci等人還將氟化鐵與V₂O₅進(jìn)行高能球磨得到了V₂O₅/FeF₃復(fù)合電極材料[Badway?F,et?al.J.Electrochem.Soc.,2003,150(10):A1318-A1327.]，其充放電性能與炭/氟化?鐵的相近。此外，使用類似的方法，科學(xué)家們還制備了FeF₂/C、BiF₃/C、CuF₂/C、CuF₂/MoO₃、BiF₃/MoS₂等納米復(fù)合電極材料[Plitz?I,et?al.J.ELctrochem.Soc.,2005,152(2):A307-A315；Badway?F,et?al.Chem.Mater.,2007,19(17):4129-4141；Bervas?M,et?al.Electrochem.Solid-Sated?Lett.,2005,8(4):A179-A183.]。盡管高能球磨法操作簡單，但是存在很大的局限性：(1)所制備的復(fù)合材料尺寸分布寬，難以控制材料的性能；(2)氟化物與導(dǎo)電材料(炭等)不能形成穩(wěn)定的相界面，充放電過程中；氟化物與導(dǎo)電材料易于剝離。因此，如何進(jìn)一步設(shè)計高性能的炭基金屬氟化物電極材料仍是當(dāng)前面臨的技術(shù)問題。?

隨著炭材料的發(fā)展，金屬氟化物與新型炭材料(如納米炭管[Kim?S-W,et?al.Adv.Mater.,2010,22,5260-5264.]、石墨烯[Zhao?X,et?al.Chem.Commun.,2012,48,9909-9911；Chu?Q,et?al.Electrochim.Acta,2013,111,80-85.]、有序介孔炭[Jung?H,et?al.J.Phys.Chem.C,2013,117,14939-14946.]等)的納米復(fù)合材料也被合成。然而，這些納米復(fù)合材料中金屬氟化物多負(fù)載于納米炭材料的表面，目前為止尚未有核殼型的炭包覆金屬氟化物核殼納米材料相關(guān)研究的報道。核殼型的炭包金屬氟化物正極材料中炭殼層可以更有效的保護(hù)內(nèi)部的金屬氟化物，提高其電導(dǎo)率，從而可以更有效的提高金屬氟化物的電化學(xué)性能。?

發(fā)明內(nèi)容

為克服上述不足，提高金屬氟化物的電導(dǎo)率以及電化學(xué)性能，本發(fā)明提供了與現(xiàn)有技術(shù)不同的方案，提供一種炭包覆金屬氟化物核殼結(jié)構(gòu)納米材料及其制備方法,此材料不僅具有較高比容量而且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。?

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是：一種炭包覆金屬氟化物核殼結(jié)構(gòu)納米材料，其特征為由殼層和核層構(gòu)成。?

所述的核層為金屬氟化物，殼層為炭。?