[發明專利]一種硬碳包覆鐵基氧化物復合材料及其制備方法

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• 申請號: 202310367537.0
• 申請日: 2023-04-07
• 公開（公告）號: CN116332237A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 宋志濤;胡志林;陳經玲;高永靜;陳江波
• 申請（專利權）人: 四川坤天新能源科技有限公司
• 主分類號: C01G49/02
• 分類號: C01G49/02;H01M4/36;H01M4/62;H01M4/525;C01B32/05
• 代理公司: 石家莊領皓專利代理有限公司 13130
• 代理人: 李詩翔

本發明涉及鋰離子電池材料制備技術領域，提出了一種硬碳包覆鐵基氧化物復合材料及其制備方法。所述一種硬碳包覆鐵基氧化物復合材料的制備方法，包括：S1、將鐵源、鈉源、氨水、穩定劑與水混合反應后，得到鐵基鈉鹽化合物；S2、將硬碳前驅體與酸溶液混合，反應后得到氧化硬碳前驅體；S3、將氧化硬碳前驅體、鐵基鈉鹽化合物、氧化石墨烯進行水熱反應，得到氧化石墨烯/聚合物包覆鐵基鈉鹽復合材料；S4、將氧化石墨烯/聚合物包覆鐵基鈉鹽復合材料還原后，氣體表面處理，碳化，得到硬碳包覆鐵基氧化物復合材料。通過上述技術方案，解決了現有技術以鐵的氧化物作為負極材料時，膨脹大、離子導電率低，導致鋰離子電池的倍率性能和循環性能差問題。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池材料制備技術領域，具體的，涉及一種硬碳包覆鐵基氧化物復合材料及其制備方法。

背景技術

目前，市場化的負極主要為人造石墨、天然石墨，但是其存在比容量偏低(350～360mAh/g)，無法滿足市場對高能量密度的需求，而硅碳材料雖然能量高，但是膨脹大使其無法滿足在電動汽車的廣泛推廣。因此，人們在研究碳材料的同時也逐漸把目光轉向其他高比容量的非碳負極材料的研發，特別是各種金屬氧化物負極材料。

氧化鐵由于具有較高的理論比容量(1007mAh/g)、材料來源豐富、價格低廉、環境友好等優點，被認為是一種很有發展潛力的鋰離子電池負極材料。其中，鐵的氧化物通常具有高的理論比容量，例如，Fe₃O₄的比容量為924mAh/g，Fe₂O₃的比容量為1007mAh/g，超過石墨比容量的兩倍，且電子導電率較高。但以鐵的氧化物作為負極材料時，存在膨脹大、離子導電率低，不利于倍率性能提升的問題。

發明內容

本發明提出一種硬碳包覆鐵基氧化物復合材料及其制備方法，解決了相關技術中的以鐵的氧化物作為負極材料時，膨脹大、離子導電率低，導致鋰離子電池的倍率性能和循環性能差問題。

本發明的技術方案如下：

一種硬碳包覆鐵基氧化物復合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將鐵源、鈉源、氨水、穩定劑與水混合后，進行反應，得到鐵基鈉鹽化合物；

S2、將硬碳前驅體與酸溶液混合，反應后得到氧化硬碳前驅體；

S3、將氧化硬碳前驅體、鐵基鈉鹽化合物、氧化石墨烯與水混合后，進行水熱反應，得到氧化石墨烯/聚合物包覆鐵基鈉鹽復合材料；

S4、將所述氧化石墨烯/聚合物包覆鐵基鈉鹽復合材料還原后，進行氣體表面處理，碳化，得到硬碳包覆鐵基氧化物復合材料。

作為進一步的技術方案，還包括如下技術特征中的至少一項：

所述S1中鐵源、鈉源、氨水、穩定劑與水的質量比為100:100～300:500～1000:1～10:1000；

所述S1中穩定劑包括亞氨基二琥珀酸四鈉、乙二胺四乙酸中的一種或兩種；

所述S1中反應溫度為50～100℃，反應時間為1～6h。

作為進一步的技術方案，所述S1中鐵源為草酸亞鐵；鈉源為硫酸鈉。

作為進一步的技術方案，所述S2中硬碳前驅體與酸溶液的加入量，以混合后硬碳前驅體的濃度為10～20wt％計。

作為進一步的技術方案，所述S2中硬碳前驅體包括椰殼、杏殼、淀粉、酚醛樹脂、環氧樹脂、蔗糖中的一種或幾種。

作為進一步的技術方案，所述S2中酸溶液包括硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸中的一種或幾種。

作為進一步的技術方案，所述S2中酸溶液的質量濃度為1～20％。