[發(fā)明專利]一種以有機(jī)鐵化合物為原料制備氟化鐵/碳復(fù)合材料的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710978349.6
• 申請(qǐng)日: 2017-10-18
• 公開（公告）號(hào): CN107658461B
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周向陽;楊娟;王倩;孫洪旭;丁靜;徐章林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 顏勇

本發(fā)明公開了一種以有機(jī)鐵化合物為原料制備氟化鐵/碳復(fù)合材料的方法。本發(fā)明以有機(jī)鐵化合物作為原料，首先通過高溫炭化得到主要成分為單質(zhì)鐵和碳的前驅(qū)體，再將前驅(qū)體通過氟化氫蒸汽處理，使鐵單質(zhì)與氟化氫反應(yīng)完全，得到氟化鐵/碳復(fù)合材料。發(fā)明中所采用的原料屬于有機(jī)鐵源，有利于復(fù)合材料中氟化鐵得分散均勻的原位碳修飾，材料的導(dǎo)電性得到了提升，用于鋰離子電池正極材料時(shí)表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。本發(fā)明所使用的原材料廉價(jià)易得，且制備流程簡(jiǎn)單，在鋰離子電池材料的制備等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種以有機(jī)鐵化合物為原料制備氟化物/碳復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池是近年來快速發(fā)展的一種新型儲(chǔ)能器件，具有高儲(chǔ)存能量密度、使用壽命長(zhǎng)、自放電率低、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于便攜電子設(shè)備以及電動(dòng)交通工具等領(lǐng)域。但在鋰離子電池的生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的正極材料存在理論容量偏低的問題，此外，由于金屬鈷在正極材料上的大量使用使得電池制作成本偏高，這一現(xiàn)狀已難以滿足人們對(duì)鋰離子電池高能量、低價(jià)格的迫切需求。因此，開發(fā)一種或一類可替代的具有實(shí)際應(yīng)用潛力的高容量、成本低新型鋰離子正極材料意義重大。

傳統(tǒng)的正極材料的比容量受制于其嵌脫鋰機(jī)制，在電極反應(yīng)過程中只有0.5-1當(dāng)量的鋰離子發(fā)生脫嵌反應(yīng)，因此，高容量的鋰離子電池正極材料需具備多電子反應(yīng)的特點(diǎn)。能夠?qū)崿F(xiàn)多電子參與反應(yīng)的電極材料主要為過渡金屬化合物，如：氟化物、氧化物、硫化物和氮化物(MeXy，X為F、O、S、N)等，其中，氟化鐵由于電壓平臺(tái)相對(duì)較高，不僅具有較高的理論比容量，同時(shí)具有低成本、低毒性、環(huán)境友好且熱穩(wěn)定好等優(yōu)點(diǎn)，成為了氟化鐵正極材料的研究熱點(diǎn)。但氟化鐵存在導(dǎo)電性差、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定以及材料粉化等問題。

針對(duì)氟化鐵正極材料存在的問題，目前最常見的技術(shù)方案是采用碳復(fù)合的方法，通過導(dǎo)電碳材料在氟化鐵表面的包覆來提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性并緩解電極材料的體積膨脹和粉化問題。例如日本東亞大學(xué)的Yong Kyung Kim等人將氟化鐵嵌入到多孔碳中(Journal of Physical Chemistry C.2013,119(29):14939-14946)；韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院的Sung-Wook Kim等將FeF₃原位生長(zhǎng)在碳納米管上(dvanced Materials.2010,22(46):5260-5264)；香港大學(xué)的Ruguang Ma等利用石墨烯優(yōu)良的導(dǎo)電性，制備出FeF₃/石墨烯復(fù)合材料(Nanoscale.2013,5(14):6338-6343)；東亞大學(xué)的T.Kim等將石墨化碳包裹FeF₃(Journalof Physical Chemistry A.2016,4(38):14857-14864)。總體來講，通過氟化鐵與碳材料復(fù)合的手段可在一定程度上提高其比容量與循環(huán)性能，但是其制備過程一般較為復(fù)雜、要求溫度低，難于制備完整的碳包覆層，致使氟化鐵與碳難以分散均勻，且常涉及碳納米管和石墨烯等較昂貴的原材料，不利于商業(yè)化的使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)氟化物正極材料制備的技術(shù)難題，提供一種以有機(jī)鐵化合物為原料制備氟化物/碳復(fù)合材料的方法。

本發(fā)明一種以有機(jī)鐵化合物為原料制備氟化鐵/碳復(fù)合材料的方法，包括以下步驟：

步驟一

將有機(jī)鐵化合物粉末放入氧化鋁坩堝中，于保護(hù)氣氛下，在600～900℃進(jìn)行炭化處理1～3h，得到鐵碳復(fù)合物；

步驟二

將步驟一所得鐵碳復(fù)合物置于氟化氫蒸汽中處理，氟化氫蒸汽溫度50～200℃，處理時(shí)間12～72h后，經(jīng)洗滌、干燥，得到氟化鐵/碳復(fù)合材料。

步驟一中，所述有機(jī)鐵化合物中的有機(jī)部分的碳鏈中，碳的個(gè)數(shù)優(yōu)選為5-100。