[發明專利]鐵硫化物在磷酸鐵鋰二次電池中的應用

有效

• 申請號: 202110921136.6
• 申請日: 2021-08-11
• 公開（公告）號: CN113659135B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 胡川;王麗平
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/052;H01M10/0569
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 何凡

本發明公開了鐵硫化物在磷酸鐵鋰二次電池中的應用，屬于鋰電池材料技術領域，本發明首次將多種鐵硫化物作為負極活性材料，并將其組裝得到磷酸鐵鋰二次電池。本發明提供的鋰離子二次電池在反復的充放電過程中，存在穩定的電位平臺，循環特性優良，可逆容量大，并且電池安全性高、制造成本低廉，有利于廣泛應用。

技術領域

本發明涉及鋰電池材料技術領域，具體涉及到鐵硫化物在磷酸鐵鋰二次電池中的應用。

背景技術

面臨資源的有限性以及環境日益惡化的問題，人們對于當下低效率、重污染的能源利用方式日趨不滿，且對儲能器件的能量密度、循環壽命、污染小等方面提出了更高的要求。鋰離子電池從眾多新型儲能器件中脫穎而出，技術經發展也相對成熟，其應用已涉及各類小型電子設備、新能源汽車和智能電網等各個領域。

然而，由于當前實用化的正、負極活性材料仍存在能量密度、循環性能、安全性等某些方面的不足，使得鋰離子電池應用仍受到限制。特別是，相對于正極活性材料的多樣選擇性，二次鋰離子電池中的負極活性材料的甄選往往受到更多方面不足的阻礙。以常用的磷酸鐵鋰二次電池的負極為例：金屬鋰負極，它的對氫電位為-3.04V、理論比容量為3860mAh g^-1，低的負極電極電勢使得電池能獲取高的工作電壓，同時極高的比容量能為二次電池的充放電過程中提供充足的鋰源。然而，在電池的充放電過程中，負極側的金屬鋰持續與電解液發生副反應，并且不斷生長鋰枝晶，不僅消耗鋰源導致電池的循環性能不佳，甚至存在鋰枝晶刺破隔膜造成內部短路的嚴重安全隱患。此外，使用金屬鋰意味著電池的成本也將受限于鋰資源有限性而增加；目前商業應用最廣泛的石墨負極活性材料，具備平穩而較低的嵌鋰電位(0.1-0.2V)，理論比容量為372mAh g^-1，相較金屬鋰，反應活性弱的石墨材料，避免了充放電過程中大量鋰枝晶的形成和持續的副反應，實驗研究也證實石墨的確具有優異的循環性能和良好的安全性。同時石墨來源豐富，合成簡單，降低了電池的制造成本。然而，石墨所能提供的容量遠遠小于金屬鋰，意味著電池低的能量密度；并且石墨在全電池的實際應用中，一方面石墨的電位與金屬鋰的電位太接近，容易在表面發生析鋰現象，另一方面鋰離子在石墨層間嵌脫時與電解液溶劑分子發生共嵌入可能造成石墨結構塌陷，這些缺陷導致石墨負極無法應用于動力電池。

鑒于上述現有的負極活性材料存在的諸多缺陷，要實現鋰離子二次電池更為廣泛的應用，提供一種新的兼顧高可逆容量、循環性能和安全性能的負極活性材料也就顯得十分的有意義。

發明內容

針對上述的不足，本發明的目的是提供鐵硫化物在磷酸鐵鋰二次電池中的應用，可有效解決現有負極活性材料存在的循環性能差、可逆容量小、安全性能低和制造成本高的問題。

為達上述目的，本發明采取如下的技術方案：

本發明提供鐵硫化物在磷酸鐵鋰二次電池中的應用。

本發明中上述的鐵硫化物的化學式為Fe_xS_y，優選為Fe₇S₈、FeS或FeS₂。

本發明還提供一種磷酸鐵鋰二次電池的負極活性材料，該負極活性材料為鐵硫化物。

進一步地，鐵硫化物的化學式為Fe_xS_y，優選為Fe₇S₈、FeS或FeS₂。

本發明還提供一種磷酸鐵鋰二次電池，該磷酸鐵鋰二次電池包括采用上述的鐵硫化物作為的負極活性材料。

本發明中上述作為負極活性材料的鐵硫化物的部分性質如表1所示。

表1.鐵硫化物性質表