[發明專利]一種暴露特定取向晶面的草酸亞鐵鋰離子電池負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202111085376.3
• 申請日: 2021-09-16
• 公開（公告）號: CN113861015A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 姚耀春;高耕
• 申請（專利權）人: 云南潤久科技有限公司
• 主分類號: C07C51/41
• 分類號: C07C51/41;C07C55/07;H01M4/60;H01M10/0525
• 代理公司: 昆明同聚專利代理有限公司 53214
• 代理人: 王遠同

本發明涉及一種暴露特定取向晶面的草酸亞鐵鋰離子電池負極材料的制備方法。本發明將氫氧化鐵前驅體添加到特定比例的抗壞血酸與草酸等添加劑組成的混合液，通過對氫氧化鐵在上述溶液中還原溶解速率控制和草酸亞鐵材料成核生長過程的協調實現了暴露不同取向晶面草酸亞鐵納米材料的合成。本發明采用抗壞血酸強化酸性草酸溶液對氫氧化鐵的還原溶解和調控原子配位和草酸亞鐵初始晶體堆積速率；同時，利用有機溶劑干擾原子配位環境和草酸亞鐵晶體顆粒表面能；從而達到暴露特定取向晶面的草酸亞鐵材料的制備。暴露特定取向晶面生長的草酸亞鐵材料能夠充分發揮不同晶面原子排列構筑的不同類型的電化學反應離子擴散微通道優勢和不同取向晶面原子密排特點調節材料應力分布、儲能催化位點，增強草酸亞鐵材料儲鋰性能。

技術領域

本發明涉及一種暴露特定取向晶面的高容量草酸亞鐵鋰離子電池負極材料的制備方法，屬于鋰離子電池負極材料技術領域。

背景技術

清潔能源的高速發展和各種電子設備的不斷涌現增加了對高效電能儲存設備的需求。鋰離子電池由于其本身小巧、高能量密度和可調控的電化學性能成為眾多儲能技術中杰出的代表之一。然而，大規模的電網能量儲存和新型電動設備需要鋰離子電池擁有比較高的能量密度和低廉的價格。為了實現廉價和高能量密度鋰離子電池制造的目標，探索廉價高容量新型負極材料是一種有效的方式。

盡管，目前高容量鋰離子電池負極材料有合金型儲鋰機制的硅、錫、鍺等和以轉換型儲鋰機制為代表的過渡金屬硫化物、磷化物、氮化物、氟化物、氯化物和金屬含氧酸鹽。但就其原料合成工藝和綠色環保角度考慮，金屬含氧酸鹽無疑是其中極有潛力的一種。草酸亞鐵是金屬含氧酸鹽鋰離子電池負極材料中的一種，擁有高的儲能容量和杰出的循環性能，是極具潛力的鋰離子電池負極材料候選者之一。然而草酸亞鐵材料在儲能過程中卻面臨著低的電子電導率和差的鋰離子擴散速率的問題。盡管為了解這些問題，科研工作者采用了碳材料包覆、晶型形貌控制和金屬元素摻雜等有效的改性手段對草酸亞鐵材料進行改性。但是，這些方法仍然不能很好地克服草酸亞鐵負極材料所面臨的全部問題。新的草酸亞鐵負極材料改性策略仍需要進一步地探索，如暴露草酸亞鐵材料特定取向的晶面，利用暴露出的晶面進一步克服草酸亞鐵材料在儲能過程中的不足。

發明內容

本發明的目的在于提供一種暴露特定取向晶面的高容量草酸亞鐵鋰離子電池負極材料的制備方法。本發明通過以下技術方案實現：

步驟1、將氫氧化鐵前驅體材料，通過超聲清洗儀或攪拌分散在有機溶劑與去離子水構成的混合溶液中，得到分散均勻的混合渾濁液；其中，前驅體材料質量與液態溶液的體積比為：0.1~2 g: 10~200 ml；

步驟2、向步驟1中分散均勻的渾濁液中加入一定量的抗壞血酸和添加劑，在50-80℃條件下恒溫、攪拌，反應3~80 h后過濾、洗滌和干燥，得到含結晶水的草酸亞鐵材料；

步驟3、在惰性氛圍或真空條件下，將步驟3得到的含結晶水的草酸亞鐵材料在200~350℃下燒結2~8h， 得到暴露特定取向晶面的草酸亞鐵鋰離子電池負極材料，該特定取向晶面為（202或002）晶面。

所述步驟1中有機溶劑包括甲醇、乙醇、乙二醇、NMP、DMF、DMA、DMSO 中的一種或幾種組合。

所述步驟1中有機溶劑與去離子水體積比為0-100ml： 20-100ml。

所述步驟2中抗壞血酸與加入的固體鐵鹽中鐵元素摩爾比比為1~6：0.1~1。

所述步驟2中的添加劑為草酸或含草酸根離子的酸性溶液，其中氫離子與鐵元素摩爾比為8~3：0.1~1；草酸根離子與鐵元素摩爾比3~8: 0.1~1。

所述步驟2中抗壞血酸和添加劑與氫氧化鐵前驅體材料加入到有機溶劑與去離子水的混合溶液中的順序不分先后。

所述步驟1、2中的氫氧化鐵、抗壞血酸和添加劑之間的摩爾比為0.5~1：1.5~3：3~6。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：