[发明专利]用于锂离子电池的氧化铁-硒纳米复合负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属电化学技术领域，涉及氧化铁-硒纳米复合负极材料，具体涉及一中用于锂离子电池的氧化铁-硒纳米复合负极材料及其制备方法。

背景技术

现有技术公开了锂离子电池是笔记本电脑、照相机、手机以及其它通讯器材的重要电源，研究显示，其有可能作为绿色能源用于汽车和其它交通工具。目前市售的锂离子电池主要由碳基负极材料，有机液体电解质和含锂的过渡金属氧化物正极材料所组成。随着上述领域的发展及其实践不断扩展的需要，对锂离子电池的性能的提高提出了更高的要求，为了进一步提高锂离子电池的性能，本领域研究人员正在研究、寻找比碳基负极材料性能更好的新型的负极材料。此外，随着微电子器件的小型化，迫切要求开发与此相匹配的锂离子薄膜电池。目前为止尚未见关于氧化铁-硒(Fe₂O₃-Se)纳米复合材料用作锂离子电池负极材料的报道。

发明内容

本发明的目的在于进一步提高现有技术的锂离子电池的性能，提供一种氧化铁-硒纳米复合负极材料，具体涉及一种用于锂离子电池的氧化铁-硒(Fe₂O₃-Se)纳米复合负极材料及其制备方法。

本发明提出的用于锂离子电池的氧化铁-硒(Fe₂O₃-Se)复合负极材料，是一种氧化铁-硒纳米复合负极材料的薄膜材料。经研究表明，此类材料具有良好的电化学性能，可作为高性能锂离子电池的负极材料。

本发明提出的作为锂离子电池负极材料的氧化铁-硒(Fe₂O₃-Se)纳米复合材料为薄膜形式。

本发明提出的用于锂离子电池的氧化铁-硒(Fe₂O₃-Se)纳米复合负极材料的制备方法，其包括下述步骤：

采用激光溅射沉积法制备锂离子电池负极材料的氧化铁-硒(Fe₂O₃-Se)纳米复合材料薄膜：将氧化铁粉末和单质硒粉末混合，研磨后压片制成激光溅射沉积所用的靶。靶和基片距离为3～5cm，溅射腔内真空度为10^-4～10^-5Pa，沉积时间为0.5～2小时。

本发明中，所述基片为不锈钢基片。

本发明中，氧化铁-硒(Fe₂O₃-Se)纳米复合材料薄膜的物质组成和晶体结构由透射电子显微镜(JEOL 2010)确定。选区电子衍射图谱(SAED)和X-射线能量散射谱(EDX)结果表明，由所述的激光溅射沉积法制得的氧化铁-硒(Fe₂O₃-Se)纳米复合材料薄膜的物质组成为Fe₂O₃和Se。

本发明制得的氧化铁-硒(Fe₂O₃-Se)纳米复合材料薄膜可直接制成锂离子电池薄膜电极。

本发明采用由三电极组成的薄膜电池系统测试氧化铁-硒(Fe₂O₃-Se)纳米复合材料薄膜电极的电化学性能。其中，氧化铁-硒纳米复合薄膜用作工作电极，高纯锂片分别用作为对电极和参比电极，。电解液为1M LiPF₆+EC+DMC(V/V＝1/1)，薄膜电池装配在充氩气的干燥箱内进行，薄膜电池的充放电实验在蓝电(Land)薄膜电池测试系统上进行。

本发明中，由激光溅射沉积法在不锈钢片等基片上制得的氧化铁-硒(Fe₂O₃-Se)纳米复合材料薄膜电极具有充放电性能，在电压范围0.01～4.0V和电流密度5μA/cm²时，放电反应的平台出现在0.82V(相对于Li/Li⁺)，第二次放电过程与第一次放电过程相比，不可逆放电容量损失为18.4％。第二周以后的循环过程有良好的可逆性，平均每次循环容量衰减仅为0.56％。

上述性能测试结果表明，本发明制得的氧化铁-硒(Fe2O₃-Se)纳米复合材料是一种新型的负极材料，具有如下优点：

1，该材料为薄膜形式

2，该薄膜制成的电极，具有良好的充放电循环可逆性，可作为锂离子电池的负极材料；

3，该氧化铁-硒(Fe2O3-Se)纳米复合材料薄膜电极的可逆比容量为458mAh/g；

4，氧化铁-硒(Fe2O3-Se)纳米复合电极材料化学稳定性好、比容量高、充放电平台的极化小；