[發明專利]一種鋰離子電池用高首效鐵酸鋰負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202210556713.0
• 申請日: 2022-05-20
• 公開（公告）號: CN114804211A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 毋乃騰;劉獻明;申金錁;劉貴龍;郭東磊;李進
• 申請（專利權）人: 洛陽師范學院
• 主分類號: C01G49/00
• 分類號: C01G49/00;H01M4/525
• 代理公司: 洛陽九創知識產權代理事務所(普通合伙) 41156
• 代理人: 炊萬庭

本發明公開了一種鋰離子電池用高首效鐵酸鋰負極材料及其制備方法，鐵鹽與富馬酸通過水熱反應得到前驅體，再將前驅體與鋰鹽混合后置于坩堝中，在保護氣氛下進行熱處理，得到高首效鐵酸鋰負極材料。該材料的化學表達式為Li_xFeO_2?y，晶相結構為立方相結構，形貌為中空棒狀結構，且具有放電比容量高、首次庫倫效率高、循環壽命長的優勢。

技術領域

本發明涉及新材料技術領域，具體涉及一種鋰離子電池用高首效鐵酸鋰負極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有單體電池電壓高、能量密度高、循環壽命長等特點，在移動設備、電子產品、電動車領域中有廣泛的應用。改善負極材料的電化學性能是提升鋰離子電池整體性能的關鍵，也是新一代鋰離子電池發展的需求。目前，商業化的鋰離子電池負極材料大都使用石墨，但是石墨材料存在容量低的缺陷。此外，天然石墨開采成本高、人工石墨需要很高的熱處理溫度，使得碳材料石墨化，在一定程度上增加了石墨的成本。因此，尋求新的鋰離子電池負極材料是鋰離子電池領域研究的熱點。

鐵基材料具有較高的理論比容量，成本低，在新一代鋰離子電池負極材料中具有很大的應用潛力。由于鐵基材料充放電過程中會引發體積膨脹效應，導致材料的循環穩定性變差。導電性差以及較低的首次庫倫效率也是鐵基材料在應用時不可忽略的問題。材料的納米化和碳包覆是抑制鐵基材料體積膨脹、提高導電性的有效手段，能較好的維持材料的結構穩定，提升材料的循環壽命。然而，這些報道的鐵基材料的首次庫倫效率普遍低于70％，大電流下循環穩定性也不理想。

發明內容

本發明的目的是為解決現有技術中鐵基材料作為電池負極材料時首次庫倫效率以及大電流下循環穩定性差的技術問題，提供一種鋰離子電池用高首效鐵酸鋰負極材料及其制備方法，該材料的化學表達式為Li_xFeO_2-y，晶相結構為立方相結構，形貌為中空棒狀結構，且具有放電比容量高、首次庫倫效率高、循環壽命長的優勢。

本發明為解決上述技術問題的不足，所采用的技術方案是：一種鋰離子電池用高首效鐵酸鋰負極材料的制備方法，鐵鹽與富馬酸通過水熱反應得到前驅體，再將前驅體與鋰鹽混合后置于坩堝中，在保護氣氛下進行熱處理，得到高首效鐵酸鋰負極材料。

作為本發明一種鋰離子電池用高首效鐵酸鋰負極材料的制備方法的進一步優化：所述鐵鹽為硝酸鐵、氯化鐵、硫酸鐵和乙酸鐵中的一種或多種。

作為本發明一種鋰離子電池用高首效鐵酸鋰負極材料的制備方法的進一步優化：所述鐵鹽與富馬酸的摩爾比為1:1-1:1.5。

作為本發明一種鋰離子電池用高首效鐵酸鋰負極材料的制備方法的進一步優化：所述鐵鹽與富馬酸先加入去離子水中，在50-80℃下進行水浴攪拌，然后再進行水熱反應。

作為本發明一種鋰離子電池用高首效鐵酸鋰負極材料的制備方法的進一步優化：所述水熱反應溫度為100-150℃，反應時長為4-10h。

作為本發明一種鋰離子電池用高首效鐵酸鋰負極材料的制備方法的進一步優化：所述鋰鹽與前驅體的質量比為1:6-1:18。

作為本發明一種鋰離子電池用高首效鐵酸鋰負極材料的制備方法的進一步優化：所述鋰鹽為碳酸鋰、硝酸鋰、氫氧化鋰或乙酸鋰中的一種或多種。

作為本發明一種鋰離子電池用高首效鐵酸鋰負極材料的制備方法的進一步優化：所述熱處理的溫度為450-750℃，處理時長為2-6h，升溫速率為1-10℃ /min。

一種鋰離子電池用高首效鐵酸鋰負極材料，由上述制備方法制得。

一種鋰離子電池用高首效鐵酸鋰負極材料，該材料的化學表達式為 Li_xFeO_2-y，晶相結構為立方相結構，形貌為中空棒狀結構。