[發明專利]一種鋰離子電池負極材料鈮酸鐵的制備方法

在審

• 申請號: 201710385422.9
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107215902A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 錢斌;孔凡軍;陶石;張惠國
• 申請（專利權）人: 常熟理工學院
• 主分類號: C01G49/00
• 分類號: C01G49/00;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 張俊范

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池負極材料的制備方法，尤其是涉及一種鋰離子電池負極材料鈮酸鐵的制備方法，屬于鋰離子電池材料和電化學領域。

背景技術

鋰離子電池由于高容量、長循環壽命、高安全性、污染少等優異性能，成為目前最有前景的能源存儲設備。負極材料在電池的構造中起著非常重要的作用。作為商業化鋰離子電池的負極，石墨雖然具有高電子電導率、嵌鋰前后體積相變小等優點，但其理論容量只有372mAh/g,同時存在工作電壓平臺低，倍率性能差、鋰枝晶引起的安全問題等缺點。因此，需要探索性能更加優異的負極材料。

鈮酸鐵FeNbO₄由于多變的化合價態(Fe³⁺/Fe²⁺、Nb⁵⁺/Nb⁴⁺、Nb⁴⁺/Nb³⁺)和較高的氧化還原電位等優點受到廣大學者關注和研究。Shim小組(Journal of the Ceramic Socirty of Japan,2012,120,82-85)使用水熱法成功合成具有正交結構FeNbO₄在電流密度74.4mA/g下20圈后容量可以保持200mAh/g。Kumari等人(Materials Chemistry and Physics,2014,145,425-433)在1200度下利用固相合成法制備出單斜和正交相的鈮酸鐵，并對其進行碳包覆改性。正交相、單斜相和碳包覆單斜相FeNbO₄循環50圈后容量分別還有18.7、25.4和125.5mAh/g。Wang小組(Electrochimica Acta,2016,203,206-212)提出使用共沉淀法制備單斜相鈮酸鐵，并報道在電流密度17mA/g下100圈后容量維持在200mAh/g左右。

目前，水熱法、固相法和共沉淀法都可以合成不同結構的鈮酸鐵，但水熱法適用于實驗室制備，無法滿足商業大批量生產的需求；固相法雖然能夠實現商業化生產，但其容量太低，極大地限制了其商業化應用；共沉淀法雖然能夠保證產量和性能，但目前的合成方法過于復雜，會提高生產成本，同時制備的過程中也易引入雜質。因此在保證材料的循環容量和商業化生產，需要對該材料的制備過程進行優化改進。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明提供了一種鋰離子電池負極材料鈮酸鐵的制備方法，在保證材料的現有循環容量下，簡化制備過程以便商業化生產。

本發明技術方案如下：一種鋰離子電池負極材料鈮酸鐵制備方法，包括以下步驟：

a、將具有鈮酸鐵化學式中所示的化學計量比的五氯化鈮和鐵鹽分別溶解在無水乙醇中，持續攪拌，使溶液混合均勻；

b、在上述混合金屬鹽溶液中勻速滴加氨水使混合溶液的pH值在9～9.5之間，溫度處于室溫狀態；

c、氨水滴加完畢后持續攪拌8～16h，然后離心洗滌干燥，即得到材料的前驅體氫氧化物；

d、將前驅體氫氧化物進行研磨，并在900℃燒結6h。

優選的，步驟a中，所述鐵鹽選自硝酸鐵、硫酸鐵、氯化鐵中的一種。

優選的，步驟a中，五氯化鈮溶解在乙醇中時處于厭氧厭水環境。

優選的，步驟b中，利用蠕動泵將氨水滴加到混合金屬鹽溶液，滴加速度為0.5～1.0ml/min。

優選的，步驟c中，離心洗滌過程中，使用去離子水作為離心劑。

本發明所提供的技術方案的優點在于：本發明中采用五氯化鈮作為鈮來源，可以解決五氧化二鈮作為鈮來源所帶來鈮金屬難溶解問題，合成過程中也可以減少其它雜質的引入。采用本發明方法合成的產物顆粒均勻細小，電化學性能也更加優異。在電流密度160mA/g，0.001-3.0V電壓范圍下，鈮酸鐵的初始放電容量可以達到737.4mAh/g，60圈之后容量仍可保持在233.1mAh/g。本發明中合成鋰離子電池負極材料鈮酸鐵的共沉淀法，步驟簡單便于工業化大規模生產。

附圖說明

圖1為實施例1制得的鋰離子電池負極材料鈮酸鐵的掃描電鏡圖。

圖2為實施例1制得的鋰離子電池負極材料鈮酸鐵的的XRD圖。

圖3為實施例1制得的鋰離子電池負極材料鈮酸鐵的160mA/g的循環性能圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步說明，但不作為對本發明的限定。

實施例1