[發明專利]一種納米棒狀鋰離子電池負極材料釩酸鐵的制備方法

有效

• 申請號: 201610574496.2
• 申請日: 2016-07-21
• 公開（公告）號: CN105958068B
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 童匯;李暉;張寶;田業成;湯林波;鄭俊超;喻萬景;張佳峰;陳核章;董鵬遠
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所43205
• 代理人: 陳亞琴,寧星耀

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池負極材料釩酸鐵的制備方法，具體涉及一種納米棒狀鋰離子電池負極材料釩酸鐵的制備方法。

背景技術

金屬氧化物MxOy作為鋰離子電池負極材料時，與傳統的鋰離子電池負極材料不同，金屬氧化物MxOy在充放電的過程中，首先被還原成金屬單質M和Li₂O。隨后的充電過程，在電勢的驅動下，Li₂O發生解離，M單質重新被氧化成M的氧化物。從電化學反應的機理分析，這類電極材料往往對應的是多電子的轉移過程，因而具有較高的理論容量，如：NiO為1007 mAh/g、CuO為674 mAh/g和FeVO₄的大于1400 mAh/g。

鋰離子電池負極材料釩酸鐵（FeVO₄）雖然擁有較高的理論容量，但是，釩酸鐵在放電結束后進行充電的過程中，發生的是非自發反應，從而使得材料的可逆性較差，容量衰減劇烈（釩酸鐵作為負極材料充放電循環10次，容量就會降至0，失去活性）。這些較差的可逆性又與材料顆粒粒徑、表面形態以及材料的電導性有關。

CN104766975A公開了一種釩酸鐵-石墨烯負極復合材料的制備方法，該方法采用石墨烯包覆改性釩酸鐵材料電化學性能，但是，該方法僅從材料的包覆改性方面來改善材料性能，且石墨烯成本較高，不適合于大規模推廣。

CN104103832A公開了一種鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰-氟磷酸釩鋰的制備方法，該發明使用了共沉淀法制備釩酸鐵，但是，該方法制得的釩酸鐵顆粒形貌較大，不宜用作負極材料。

CN104485450A公開了一種鋰離子電池負極材料FeV₂O₄的制備方法，該方法使用噴霧干燥協同熱處理冷萃技術制備負極材料FeV₂O₄，但是，該方法操作復雜，條件控制苛刻，不利于產業化應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種所得釩酸鐵材料放電比容量高，材料可逆性較好，容量衰減平緩，電化學性能優異，制備方法簡單的納米棒狀鋰離子電池負極材料釩酸鐵的制備方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下：一種納米棒狀鋰離子電池負極材料釩酸鐵的制備方法，包括以下步驟：

（1）將表面活性劑和有機溶劑加入到助溶劑中，攪拌，得均勻的乳化體系；

（2）在步驟（1）所得均勻的乳化體系中，先加入草酸亞鐵溶液，攪拌，再滴加釩鹽溶液，并在水浴中攪拌，得穩定均一的微乳液體系；

（3）將步驟（2）所得穩定均一的微乳液體系離心，洗滌沉淀，過濾，烘干，得前驅體FeV(C₂O₄)₄粉末；

（4）將步驟（3）所得前驅體FeV(C₂O₄)₄粉末在有氧氣氛下熱處理，得納米棒狀鋰離子電池負極材料釩酸鐵。

進一步，步驟（1）中，所述表面活性劑、有機溶劑和助溶劑的質量配比優選1:2.4～3.5:1.8～3.2。所述有機溶劑和助溶劑的含量過多會導致草酸亞鐵不易溶解，過少會導致不易形成乳化體系；表面活性劑的作用與有機溶劑和助溶劑是相反的，表面活性劑的量過少會導致草酸亞鐵不易溶解，過多會導致形成的乳化體系穩定性較差，因此，為了得到具有最佳放電比容量的負極材料釩酸鐵，優選表面活性劑、助溶劑和有機溶劑在所述質量配比下進行混配。

進一步，步驟（1）中，所述攪拌的時間優選10～60 min（進一步優選20～30 min）。所述攪拌時間若過少，則形成的乳化體系穩定性較差，若過長，則造成生產周期的延長。

進一步，步驟（1）中，所述表面活性劑優選琥珀酸二辛酯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、辛基苯基聚乙烯醚、聚乙二醇4000或司盤80等中的一種或幾種。

進一步，步驟（1）中，所述有機溶劑優選戊烷、己烷、庚烷、辛烷、環己烷或二甲苯等中的一種或幾種。

進一步，步驟（1）中，所述助溶劑優選正丁醇、異丁醇、正戊醇、異戊醇、1-己醇、2-己醇、正庚醇或1-辛醇等中的一種或幾種。