[發(fā)明專利]一種鋰離子電池負(fù)極材料用搖鈴狀Fe3

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910584719.7
• 申請日: 2019-07-01
• 公開（公告）號: CN110233254B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳志民;張申申;于良;楊崇;方明明;陳永
• 申請（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/52;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務(wù)所(普通合伙) 41131
• 代理人: 張智偉

本發(fā)明屬于鋰離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域，特別涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料用搖鈴狀Fe₃O₄/C/MoS₂雜化微粒。該雜化微粒以亞微米尺寸的立方狀α?Fe₂O₃為模板，先后通過多巴胺在模板微粒表面的聚合、鹽酸的可控刻蝕、二水合鉬酸鈉存在下的水熱處理以及高溫碳化過程，制備了搖鈴狀Fe₃O₄/C/MoS₂雜化微粒。該微粒用作鋰離子電池的負(fù)極材料時(shí)，具有可逆容量大、倍率性能優(yōu)異以及循環(huán)穩(wěn)定性出色等特點(diǎn)，是鋰離子電池負(fù)極材料方面的創(chuàng)新。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域，特別涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料用搖鈴狀Fe₃O₄/C/MoS₂雜化微粒。

背景技術(shù)

隨著人類對化石能源的消耗越來越大，其一方面導(dǎo)致了嚴(yán)重的能源危機(jī)，同時(shí)也造成了巨大的環(huán)境污染。為了解決這一狀況，提高諸如風(fēng)能、太陽能、水能等清潔能源的利用率就變的十分重要。然而，由于這些能源受到季節(jié)、地域、氣候和環(huán)境的影響較大，造成其供給波動較大，限制了其推廣和利用的程度。如果能夠?qū)⑦@些清潔能源在其供應(yīng)過剩的階段將其存儲于可充電電池中而在其供應(yīng)不足的時(shí)候釋放出來，則可有效解決上述問題。同時(shí)，電動汽車、便攜式電子設(shè)備等的快速發(fā)展也對可充電電池的性能提出了更高的要求。鋰離子電池由于具有循環(huán)壽命長、能量密度高、記憶效應(yīng)小、環(huán)境影響低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電動汽車等多個(gè)領(lǐng)域。盡管在商業(yè)化的鋰離子電池的負(fù)極材料中，石墨已經(jīng)被廣泛使用，但是其較低的理論比容量（372mAhg^-1）已無法滿足開發(fā)新型高能量密度鋰離子電池的要求。為了滿足對鋰離子電池在能量密度和循環(huán)壽命上的更加苛刻的要求，發(fā)展高性能的電極材料就成為在鋰離子電池領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新中的重要一環(huán)。

MoS₂是一種典型的具有類石墨二維層狀結(jié)構(gòu)的過渡金屬硫化物，因其具有較高的理論比容量（669 mAhg^-1）而引起了人們的極大關(guān)注。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，MoS₂的低導(dǎo)電性和循環(huán)中的體積變化等問題降低材料的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，嚴(yán)重阻撓了MoS₂在鋰離子電池負(fù)極材料中商業(yè)化使用的進(jìn)程。

過渡金屬氧化物具有很高的理論比容量，其在電極材料方面的應(yīng)用研究中引起了人們越來越多的關(guān)注。其中Fe₃O₄由于理論比容量高達(dá)930 mA h g^-1，并且鐵元素在自然界中儲量豐富、環(huán)境友好、成本低廉，使其在鋰離子電池負(fù)極材料中具有潛在的應(yīng)用前景。然而，由于其儲鋰機(jī)理是由化學(xué)轉(zhuǎn)化生成Fe單質(zhì)和LiO₂，反應(yīng)前后巨大的體積膨脹和收縮（200%）現(xiàn)象會導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)的破壞，降低其實(shí)際的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

中空碳微球具有較大的內(nèi)部空腔體積，高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和良好的導(dǎo)電性，因而其在電池電極材料領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。然而單純的中空碳微球由于其石墨化程度低，其比容量通常較低，無法滿足對高能量密度電池的設(shè)計(jì)要求。如果能夠?qū)⑵浜蚆oS₂以及Fe₃O₄等材料有效結(jié)合起來，對于解決鋰離子電池容量低，MoS₂和Fe₃O₄導(dǎo)電性差，以及復(fù)合電極材料循環(huán)穩(wěn)定性弱等問題具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。