[发明专利]铁氧化物基锂离子电池负极材料的制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁氧化物基锂离子电池负极材料的制备方法及用途，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池因其具有轻质量、高电压、高容量、大功率、放电平稳、环境友好等优点，被认为是移动储能体系中最具潜力的系统，具有广泛的应用前景，作为锂离子电池中储锂的主体，负极材料是锂离子电池的重要组成部分，能否制备出高效可逆嵌脱锂离子的负极材料是锂离子电池成功应用的关键之一。商用的锂离子电池负极材料是石墨化碳材料，它可以提供平稳而且较高的工作电压，来源丰富，价格低廉，但其比容量不高，已远远不能满足当前动力锂离子电池的要求。作为一类新型负极材料，过渡金属氧化物材料由于具有高的理论比容量和高的倍率性能，从发现起就一直受到极大的关注。目前作为负极材料的铁氧化物，主要是Fe₂O₃和Fe₃O₄，成本低廉,环境友好,理论容量分别达至l007和928 mAhg^-1。但是，Fe₂O₃和Fe₃O₄材料本身的电导率偏低,循环过程中会产生体积膨胀现象,在首次反应后转变为尺寸在数纳米左右的颗粒，可能造成电极裂纹，同时由于储锂前后结构发生根本改变，固体电解质界面（SEI）膜不能稳定存在，最终造成容量的衰减和循环性能的下降，限制了该材料的实际应用。材料的制备方法及形貌对材料的性能有着很大的影响,目前用于锂离子电池负极材料的铁氧化物主要由水热法、共沉淀法制备，反应过程不可控，重复性较差并且产量很低，无法进行大规模生产，也限制了该材料的实际应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种铁氧化物基负极材料的制备方法及用途。

铁氧化物基锂离子电池负极材料的制备方法包括以下步骤：

1）将铁盐前驱物溶解于水中，充分混匀后加入燃烧剂，燃烧剂与铁离子的摩尔比为0.5:1～4:1，充分混匀后再加入氨水调节溶液pH至6.5～7.5；

2）将溶液置于水浴中加热蒸发，温度恒定在70～100℃，连续搅拌1～4小时直至形成粘稠的凝胶；

3）将凝胶置于预升温至200～500℃的马弗炉中进行燃烧反应，燃烧反应后保温1小时得到Fe₂O₃粉体；

4）将Fe₂O₃粉体与有机碳源按质量比为1:0.01～1:1研磨混合后置于管式炉中，在氩气气氛， 400～800℃下热处理1～10小时后得到Fe₃O₄/C复合材料，其中碳占Fe₃O₄/C复合材料的质量百分数为0.5～40%。

所述的铁盐前驱物是硝酸铁或醋酸铁。

所述的燃烧剂是柠檬酸、甘氨酸、尿素、乙二醇、丙氨酸、醋酸铵、琥珀酸或乙醇胺中的一种或多种。

所述的有机碳源是蔗糖、葡萄糖、可溶性淀粉、或聚乙烯吡咯烷酮（PVP）中的一种或多种。

铁氧化物基锂离子电池负极材料即Fe₂O₃粉体或Fe₃O₄/C复合材料用于制作锂离子电池负极材料。

本发明的有益效果：简便易行，原料易得，产物纯度高，能大规模制备， Fe₂O₃粉体比表面积大，纯度高，比容量高，具有良好的电化学性能，经过还原碳包覆成为Fe₃O₄/C复合材料，在保持了Fe₂O₃的大比表面积的基础上，提高了电池循环稳定性，比容量更高，循环稳定性和倍率性能俱佳，作为锂离子电池负极材料表现出优异性能，具有重要的应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的Fe₂O₃粉体的X射线衍射图谱；

图2为本发明实施例1制备的Fe₂O₃粉体的扫描电镜照片；

图3为本发明实施例1制备的Fe₂O₃粉体的电化学性能测试结果曲线图；

图4为本发明实施例2制备的Fe₃O₄/C复合材料的X射线衍射图谱；