[發明專利]一種磷酸鐵/碳復合材料作為鋰離子電池負極材料的應用

在審

• 申請號: 202110668590.5
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113488645A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 李延偉;徐文翰;姚金環
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/058;B82Y30/00;B82Y40/00
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本發明公開了一種磷酸鐵/碳復合材料作為鋰離子電池負極材料的應用。本發明還公開了以磷酸鐵/碳復合材料為負極材料的鋰離子電池，具有比容量高、循環性能和倍率性能好、安全性高的特點。同時，磷酸鐵材料資源豐富，價格便宜，對環境友好，磷酸鐵與碳復合方法簡便、成熟，且對設備要求低，易于規模化生產。因此，磷酸鐵/碳復合材料是一種非常有應用前景的鋰離子電池新型負極材料。

技術領域

本發明涉及新能源材料技術領域，具體涉及一種磷酸鐵/碳復合材料作為鋰離子電池負極材料的應用。

背景技術

隨著時代的發展，電動汽車、手機、電腦等產品的迅速發展，人們對鋰離子電池性能和安全性要求越來越高。就目前而言，普遍使用的電池負極材料主要為石墨材料。然而石墨材料具有理論比容量較低(僅為372mAh g^-1)、密度小、能量密度低(約為300W h kg^-1)、工作電極電位低(0.1V vs Li/Li⁺)、安全性不高等缺點。為了加快鋰離子電池的發展，研究和開發具有高比容量、良好安全性和穩定性的新型負極材料迫在眉睫。磷酸鐵晶體中的P-O鍵穩固，難以分解，在高溫或過充時不會發生結構崩塌、發熱或是形成強氧化性物質，因此擁有良好的安全性，被人們所青睞。目前，磷酸鐵作為正極材料的技術已經被眾多研究者研究。然而，關于磷酸鐵作為鋰離子電池負極材料的研究尚無報道。為此，本發明提出了一種磷酸鐵/碳復合材料作為鋰離子電池負極材料的應用。

發明內容

本發明提出一種磷酸鐵/碳復合材料作為鋰離子電池負極材料的應用。

優選地，所述磷酸鐵/碳復合材料的初級顆粒尺寸為納米級。

優選地，所述磷酸鐵/碳復合材料制備方法采用化學沉淀結合燒結技術；優選地，所述磷酸鐵/碳復合材料的碳源采用檸檬酸三銨。

優選地，制備磷酸鐵/碳復合材料的具體步驟為：

(1)稱取0.01mol磷酸二氫銨(NH₄H₂PO₄)，將其溶解在150mL去離子水中，然后將所得溶液轉移到70℃恒溫水浴鍋中磁力攪拌30分鐘，在攪拌過程中加入0.01mol Fe(NO₃)₂·9H₂O，然后滴入氨水溶液調節溶液pH值為1.5，所得溶液常溫靜置3小時后，將所得沉淀進行離心過濾，并洗滌至濾液呈中性，將所得沉淀冷凍干燥至恒重即得到磷酸鐵前驅體。

(2)將步驟(1)所得的磷酸鐵前驅體0.2g和檸檬酸三銨按照質量比為1:3～1:5的比例分散在2mL乙醇水溶液(無水乙醇與去離子水按體積比1:1混合所得的溶液)中。最后，將所得懸濁液在氬氣氣氛中600℃保溫6h，升溫速率2℃/min，得到最終磷酸鐵/碳復合材料。

一種鋰離子電池負極材料，所述負極材料為磷酸鐵/碳復合材料。

一種鋰離子電池，由正極片、負極片、電解液和介于正極片與負極片之間的隔膜組成，所述負極片包括所述的負極材料。

本發明的優勢如下：

本發明提供了磷酸鐵/碳復合材料作為鋰離子電池負極材料的應用，磷酸鐵/碳復合材料中的碳可提高材料的導電性并緩解材料的體積效應，磷酸鐵與Li⁺發生相轉化反應，磷酸鐵中的鐵元素可以在+3、+2以及0價態發生可逆的氧化還原反應，同時磷酸鐵在高溫下不會發生或形成強氧化性物質，放電平臺較高，這些使得以磷酸鐵/碳復合材料作為鋰離子電池負極材料具有比容量高、循環性能和倍率性能好、安全性高等特點。同時，磷酸鐵材料資源豐富，價格便宜，對環境友好，磷酸鐵與碳復合方法簡便、成熟，且對設備要求低，易于規模化生產。因此，磷酸鐵/碳復合材料是一種非常有應用前景的鋰離子電池新型負極材料。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的磷酸鐵/碳復合材料的XRD圖譜。