[發(fā)明專利]一種氧化鐵摻雜磷原子復合材料及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN111048753B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設計）人: 韓生;馬健;胡曉敏;黃燕山;李曉斌;孔玥;李原婷;常賓;高麗;薛原
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/52;H01M10/0525
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權代理有限公司 31225
• 代理人: 許耀

本發(fā)明涉及一種氧化鐵摻雜磷原子復合材料及其制備方法和應用，該方法通過將普魯士藍轉化為Fe₂O₃粉末，再將磷原子通過煅燒的方式摻雜到Fe₂O₃粉末中，得到所述的氧化鐵摻雜磷原子復合材料。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有工藝簡單，條件溫和，成本低廉等優(yōu)點；所制備的氧化鐵摻雜磷原子復合材料作為鋰離子電池負極顯示了優(yōu)異的電化學性能，在100mA·g^?1的充放電流下，容量可達到500mAh·g^?1，在4A·g^?1下容量為200mAh·g^?1的優(yōu)異的倍率性能；該方法為金屬氧化物雜原子摻雜材料在電化學領域的研究和應用提供了很好的實驗數(shù)據(jù)和理論支持。

技術領域

本發(fā)明屬于電化學技術領域，涉及一種氧化鐵摻雜磷原子復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

高性能鋰離子電池(LIBs)具有功率密度大、能量密度大、循環(huán)壽命長等特點，是發(fā)展便攜式電子設備快速升級、電動汽車、電網(wǎng)儲能等大規(guī)模應用的關鍵。然而，目前商業(yè)化的鋰電池主要采用石墨作為負極，容量低(372mAh/g)，速率性能較差，無法滿足這一需求。因此，金屬氧化物高容量負極材料的開發(fā)受到了極大的重視。開發(fā)具有高容量、長壽命和優(yōu)異倍率性能的負極材料是目前的研究鋰離子電池工作的當務之急。其中，以Fe₂O₃為代表的金屬氧化物因其理論容量大、自然豐度大、環(huán)境友好性好而受到廣泛關注。然而，金屬氧化物作為鋰離子電池的負極材料存在一些普遍的問題，并在很大程度上影響了鋰離子電池的電化學性能。首先，導電性差，不利于金屬氧化物中Li+插入/脫插入反應的充分、快速電化學。電化學反應過程中體積膨脹和收縮過大，導致金屬氧化物粉碎化和聚集，循環(huán)壽命較短。活性金屬氧化物的利用率較低等。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種氧化鐵摻雜磷原子復合材料及其制備方法和應用。具有工藝簡單，條件溫和，成本低廉等優(yōu)點，所制備的氧化鐵摻雜磷原子復合材料作為鋰離子電池負極顯示了優(yōu)異的電化學性能。

在材料中引入雜質原子一定程度上會對材料中碳原子周圍的電子環(huán)境產(chǎn)生影響，同時雜原子的摻雜能改變材料的微觀結構，而這些都可以改善材料的嵌鋰行為。引入的雜原子磷可以使得金屬氧化物的可逆儲鋰容量增加，同時改善材料電壓滯后的不足，這對金屬氧化物材料的電化學性能改善非常有益使得其電化學性能得以增強。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：

本發(fā)明一方面提供一種氧化鐵摻雜磷原子復合材料(Fe₂O₃-P)的制備方法，通過將普魯士藍轉化為Fe₂O₃粉末，再將磷原子通過煅燒的方式摻雜到Fe₂O₃粉末中，得到所述的氧化鐵摻雜磷原子復合材料。

優(yōu)選地，將亞鐵氰化鉀與鐵源反應生成普魯士藍，再將普魯士藍在空氣氣氛中煅燒得到Fe₂O₃粉末，然后再將Fe₂O₃粉末放在下游，磷源放在上游，在流動的氮氣氣氛中煅燒，得到所述的氧化鐵摻雜磷原子復合材料。

優(yōu)選地，將亞鐵氰化鉀與鐵源反應生成普魯士藍的過程包括以下步驟：

將亞鐵氰化鉀溶解到去離子水當中，然后加入鐵源進行反應，離心除去上清液，將所得沉淀烘干，除去水分，得到普魯士藍。

本發(fā)明中，向溶液中加入氯化鐵六水化合物后溶液呈深藍色。

優(yōu)選地，所述的鐵源為氯化鐵六水化合物，所述的亞鐵氰化鉀與鐵源的摩爾比為1～1.5:10。

優(yōu)選地，離心轉速為9000～11000轉，時間為15～20分鐘。