[发明专利]一种锂离子电池用高首效铁酸锂负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用高首效铁酸锂负极材料及其制备方法，铁盐与富马酸通过水热反应得到前驱体，再将前驱体与锂盐混合后置于坩埚中，在保护气氛下进行热处理，得到高首效铁酸锂负极材料。该材料的化学表达式为Li_xFeO_2‑y，晶相结构为立方相结构，形貌为中空棒状结构，且具有放电比容量高、首次库伦效率高、循环寿命长的优势。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池用高首效铁酸锂负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有单体电池电压高、能量密度高、循环寿命长等特点，在移动设备、电子产品、电动车领域中有广泛的应用。改善负极材料的电化学性能是提升锂离子电池整体性能的关键，也是新一代锂离子电池发展的需求。目前，商业化的锂离子电池负极材料大都使用石墨，但是石墨材料存在容量低的缺陷。此外，天然石墨开采成本高、人工石墨需要很高的热处理温度，使得碳材料石墨化，在一定程度上增加了石墨的成本。因此，寻求新的锂离子电池负极材料是锂离子电池领域研究的热点。

铁基材料具有较高的理论比容量，成本低，在新一代锂离子电池负极材料中具有很大的应用潜力。由于铁基材料充放电过程中会引发体积膨胀效应，导致材料的循环稳定性变差。导电性差以及较低的首次库伦效率也是铁基材料在应用时不可忽略的问题。材料的纳米化和碳包覆是抑制铁基材料体积膨胀、提高导电性的有效手段，能较好的维持材料的结构稳定，提升材料的循环寿命。然而，这些报道的铁基材料的首次库伦效率普遍低于70％，大电流下循环稳定性也不理想。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术中铁基材料作为电池负极材料时首次库伦效率以及大电流下循环稳定性差的技术问题，提供一种锂离子电池用高首效铁酸锂负极材料及其制备方法，该材料的化学表达式为Li_xFeO_2-y，晶相结构为立方相结构，形貌为中空棒状结构，且具有放电比容量高、首次库伦效率高、循环寿命长的优势。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种锂离子电池用高首效铁酸锂负极材料的制备方法，铁盐与富马酸通过水热反应得到前驱体，再将前驱体与锂盐混合后置于坩埚中，在保护气氛下进行热处理，得到高首效铁酸锂负极材料。

作为本发明一种锂离子电池用高首效铁酸锂负极材料的制备方法的进一步优化：所述铁盐为硝酸铁、氯化铁、硫酸铁和乙酸铁中的一种或多种。

作为本发明一种锂离子电池用高首效铁酸锂负极材料的制备方法的进一步优化：所述铁盐与富马酸的摩尔比为1:1-1:1.5。

作为本发明一种锂离子电池用高首效铁酸锂负极材料的制备方法的进一步优化：所述铁盐与富马酸先加入去离子水中，在50-80℃下进行水浴搅拌，然后再进行水热反应。

作为本发明一种锂离子电池用高首效铁酸锂负极材料的制备方法的进一步优化：所述水热反应温度为100-150℃，反应时长为4-10h。

作为本发明一种锂离子电池用高首效铁酸锂负极材料的制备方法的进一步优化：所述锂盐与前驱体的质量比为1:6-1:18。

作为本发明一种锂离子电池用高首效铁酸锂负极材料的制备方法的进一步优化：所述锂盐为碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂或乙酸锂中的一种或多种。

作为本发明一种锂离子电池用高首效铁酸锂负极材料的制备方法的进一步优化：所述热处理的温度为450-750℃，处理时长为2-6h，升温速率为1-10℃ /min。

一种锂离子电池用高首效铁酸锂负极材料，由上述制备方法制得。

一种锂离子电池用高首效铁酸锂负极材料，该材料的化学表达式为 Li_xFeO_2-y，晶相结构为立方相结构，形貌为中空棒状结构。