[發明專利]一種氟化鐵復合正極材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202211633833.2
• 申請日: 2022-12-19
• 公開（公告）號: CN115799479A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 胡軍;渠建英;張雨露;楊帥俊;柯勝楠;郭涵龍;陳正君;申彬彬;閆雷;薛晗
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/587;H01M10/054
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 崔立立

本發明屬于鈉離子電池技術領域，具體涉及一種氟化鐵復合正極材料及其制備方法和應用。本發明在氟化鐵復合正極材料中引入具有高導電性的氟化石墨烯與FeF_x材料復合解決其導電性差的問題；氟化石墨烯可以提供最大的電荷極化，提高氟化鐵復合正極材料的電化學性能；FeF₃?FeF₂微納米球尺寸小，且具有較高的比表面積和孔隙體積，可以增加氟化鐵復合正極材料和電解液的接觸面積，增加電化學活性。

技術領域

本發明屬于鈉離子電池技術領域，具體涉及一種氟化鐵復合正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

在鈉離子電池的結構組成中，兩極的活性物質材料是產生電能的源泉，是決定電池性能的關鍵。在目前商業化的鈉離子電池的組成材料中，正極材料是兩電極材料的短板。正極材料容量的提高是提高電池整體功率密度和能量密度的關鍵，正極材料也是決定鈉離子電池的安全性能、循環穩定性和未來發展方向的重要因素，因此設計開發具有高可逆容量的電極材料是發展鈉離子二次電池的首要任務。

新型可逆化學轉換機理正極材料-過渡金屬氟化物，由于可以提供較高的輸出電壓、較高的理論比容量和比能量密度，得到了研究人員的廣泛關注。例如，FeF_x的理論比容量大于571mAh·g^-1，能量密度大于1519Wh·kg^-1，由于Fe-F鍵的強極性，使得FeF_x具有高電極電勢的優點，即可以提供較高的輸出電壓，但也使其具有較大的帶隙寬度(5.96eV)，進而導致其導電性較差。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種氟化鐵復合正極材料及其制備方法和應用，本發明提供的氟化鐵復合正極材料具有優異的導電性能。

為了實現上述目的，本發明提供了以下技術方案：

本發明提供了一種氟化鐵復合正極材料，包括氟化石墨烯和在所述氟化石墨烯的缺陷位置成核的氟化鐵多孔微納米球；所述氟化鐵多孔微納米球的化學組成包括FeF₂和FeF₃。

優選的，所述FeF₃和FeF₂的摩爾比為(5～7):(3～5)；所述氟化鐵多孔微納米球和氟化石墨烯的質量比為(0.0001～6):100。

優選的，所述氟化石墨烯中氟元素和碳元素的質量比為(0.03～0.05):1。

優選的，所述氟化鐵復合正極材料的比表面積為15～20m²/g，孔隙體積為0.08～0.11cm³/g。

優選的，所述氟化鐵多孔微納米球的粒徑為300～600nm。

本發明還提供了上述技術方案所述氟化鐵復合正極材料的制備方法，包括以下步驟：

將氧化石墨烯的分散液和氫氟酸混合，進行酸熱反應，得到氟化石墨烯；

將所述氟化石墨烯、水溶性三價鐵鹽、氫氟酸和分散劑混合，進行溶劑熱反應，得到前驅體；

將所述前驅體在保護氣氛下進行煅燒，得到氟化鐵復合正極材料。

優選的，所述酸熱反應的溫度為120～200℃，保溫時間為10～30h。

優選的，所述溶劑熱反應的溫度為100～150℃，保溫時間為10～15h。

優選的，所述煅燒的溫度為350～500℃，保溫時間為1～3h。

本發明還提供了上述技術方案所述氟化鐵復合正極材料或上述技術方案所述制備方法制備的氟化鐵復合正極材料在鈉離子電池中的應用。