[發明專利]層狀多孔氧化鐵電極材料及其制備方法、鋰離子電池電極片及其制備方法和鋰離子電池

在審

• 申請號: 201710088627.0
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106848192A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 耿保友;杜浩然;耿競
• 申請（專利權）人: 安徽師范大學
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/1391;H01M4/36;H01M4/525;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司11283
• 代理人: 鄒飛艷,張苗

技術領域

本發明涉及電極材料，具體地，涉及層狀多孔氧化鐵電極材料及其制備方法、鋰離子電池電極片及其制備方法和鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池具有無記憶效應、自放電率低、額定電壓高、循環性能好以及輕便等優點，被廣泛應用在生產生活中。1991年索尼公司推出了第一款商業化鋰離子電池，這種電池以鈷酸鋰為正極材料，石墨為負極材料。就負極材料而言，石墨一直沿用至今。但是它也存在一系列缺點，例如理論容量低(372mAh/g)、倍率性能差以及充放電平臺低等，這在一定程度上也限制了鋰離子電池的進一步發展。

近年來，過渡金屬氧化物負極材料因其理論容量高，充放電平臺高，低污染而受到了越來越多的關注。作為鋰離子電池的負極材料，氧化鐵的理論容量(1003mAh/g)是商業石墨負極的兩倍多。同時，制備氧化鐵的原料來源豐富，且氧化鐵本身綠色無毒，也符合綠色能源、清潔能源的發展方向。但是現有的作為電極材料的氧化鐵存在如下缺陷：從氧化鐵本身來看，由于氧化鐵是一種半導體，其不高的電導率導致了較低的倍率性能；從形貌上來看，一般的氧化鐵材料沒有穩固的結構，這就導致了在后續充放電過程中材料的體積效應過大，從而結構坍塌，循環性能不好；另外，電解液難以浸潤尺寸較大的氧化鐵，這也導致了氧化鐵的性能難以提升。

發明內容

本發明的目的是提供一種層狀多孔氧化鐵電極材料及其制備方法、鋰離子電池電極片及其制備方法和鋰離子電池，通過該方法制得的狀多孔氧化鐵電極材料具有優異的比容量、長循環壽命和綠色無毒的特點，從而使得該狀多孔氧化鐵電極材料能夠勝任作為電池電極片的制備原料，另外，層狀多孔氧化鐵電極材料以及電池電極片的制備方法均具有工序簡單、原料廉價易得且符合環保的理念，進而使得該電池電極片能夠廣泛地應用于鋰離子電池中。

為了實現上述目的，本發明提供了一種層狀多孔氧化鐵電極材料的制備方法，該制備方法包括：

1)將鐵鹽、沉淀劑與溶劑混合以制得鐵鹽溶液；

2)將導向劑與溶劑混合以制得導向劑溶液；

3)將鐵鹽溶液、導向劑溶液進行混合，接著進行水熱反應，然后將反應體系冷卻、收集反應體系內的固體產物并洗滌，最后將固體產物進行干燥以制得前驅體；

4)將前驅體煅燒以制得層狀多孔氧化鐵電極材料。

本發明提供了一種層狀多孔氧化鐵電極材料，該層狀多孔氧化鐵電極材料通過上述的制備方法制備而得。

本發明還提供了一種鋰離子電池電極片，該鋰離子電池電極片包括金屬載片和涂覆層，其中，涂覆層由粘合劑、超級P-Li導電炭黑和上述層狀多孔氧化鐵電極材料組成。

本發明進一步提供了一種上述鋰離子電池電極片的制備方法，將粘合劑、超級P-Li導電炭黑和層狀多孔氧化鐵電極材料研磨混勻以制得均勻漿料，接著將均勻漿料涂覆于金屬載片上，然后烘干，壓實以制得鋰離子電池電極片。

本發明更進一步提供了一種鋰離子電池，該鋰離子電池的工作電極為上述鋰離子電池電極片。

在上述技術方案中，本發明以鐵鹽為鐵源，同時在沉淀劑以及導向劑的存在下借助水熱法合成了前驅體，然后通過后續煅燒得到最終產物——層狀多孔的氧化鐵。與現有技術相比，本發明制備的層狀多孔氧化鐵電極材料由片堆疊而成，具有多孔結構，有利于電解液的滲透和擴散，同時便于鋰離子的傳輸；該材料具有較高的比容量，在0.2C(200mA/g)倍率下首次放電比容量高達1238.5mAh/g，在2C(2000mA/g)的大電流下充放電循環390次，仍有644.3mAh/g的比容量。本發明提供的制備方法獲得的材料尺寸在0.5-2微米之間，而且該方法所需的原料價廉易得，且產物無毒環保。由此可見，本發明提供的層狀多孔氧化鐵電極材料完全能夠作為鋰離子電池的電極材料使用。

本發明的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中：

圖1是檢測例1中A1的SEM圖；

圖2是檢測例1中A2的SEM圖；

圖3是檢測例1中A3的SEM圖；

圖3是檢測例1中A3的SEM圖；

圖4是檢測例1中A4的SEM圖；

圖5是檢測例1中A5的SEM圖；

圖6是檢測例1中A6的SEM圖；

圖7是檢測例1中A7的SEM圖；

圖8是檢測例1中A8的SEM圖；

圖9是檢測例1中A9的SEM圖；