[发明专利]一种不规则六方纳米片状草酸亚铁锂/钠离子电池负极材料

说明书

本发明公开了一种不规则六方纳米片状草酸亚铁锂/钠离子电池负极材料，属于锂/钠离子电池技术领域；本发明采用溶剂热技术通过抑制草酸亚铁络合物——Fe(C₂O₄)_n^‑2(n‑1)的生成，并在溶剂的作用下促进材料纳米晶体成核和防止颗粒二次生长，制备得到不规则六方纳米片状草酸亚铁。本发明克服了草酸亚铁材料Li⁺/Na⁺离子扩散途径单一、颗粒结构稳定性差等问题，从内部多向Li⁺/Na⁺离子扩散通道构筑入手，显著改善材料整体结构稳定和Li⁺/Na⁺离子高效快速传输，并提升锂/钠离子电池倍率和循环性能。

技术领域

本发明涉及一种不规则六方纳米片状草酸亚铁锂/钠离子电池负极材料，属于锂/钠离子电池技术领域。

背景技术

随着新能源汽车的推广，太阳能、风能等可再生清洁能源的广泛应用以及国家智能电网建设等战略性新兴产业的快速发展，对锂/钠离子电池的能量和功率密度提出了更高的要求。能源材料是能源开发的基础，但也是能源利用中的瓶颈，所以解决能源问题的关键是能源材料的突破。对于锂/钠离子电池来说，负极材不仅影响着电池的电化学性能，还对其价格成本起着重要的作用。因此，寻找价格低廉、能量和功率性能好、安全稳定的负极材料是当前锂/钠离子电池发展的关键和方向。相比于其他负极材料，草酸亚铁负极材料具有突出的优点：1、较高的放电比容量高达；2、较低的放电电压（0.8V）；3、较小的体积效应（10%），对电池设计要求低；4、优异的倍率特性；5、丰富的铁资源储备，原料成本更低廉；6、可将二氧化碳转化为草酸，既可以解决草酸的来源，还有助于缓解全球碳排放量的问题。

草酸亚铁负极材料虽然具有价格低廉、比容量高、倍率性能好等优点，但也存在反应产物电化学活性差引起的首次不可逆容量大和材料结构缺陷导致的循环稳定性差两大方面。目前，针对上述缺陷，草酸盐性能的改善主要集中于对活性材料颗粒微纳结构的设计上。通过制备方法和工艺条件对材料进行微纳结构和维度的优化，可以筛选出Li⁺/Na⁺离子扩散距离短、内部迁移通道多、结构稳定的颗粒形貌，以获得材料较高的可逆容量、优异的倍率和循环性能。这种方法不仅可以实现Li⁺/Na⁺离子高效快速的嵌入/脱出，也可以缓冲充放电过程中产生的体积效应和切应力，避免颗粒破碎和粉化，还可以保障稳定有机质层和SEI膜的形成。但草酸亚铁颗粒微纳结构的设计仍停留在棒状、杆状、橄榄状、纤维状等形貌调控上，对Li⁺/Na⁺离子扩散途径仍是在稳固和扩大扩散通道的研究上，对于多向传输和多通道扩散控制研究仍然很少。而本发明从材料内部多向Li⁺/Na⁺离子扩散通道构筑入手，通过对传统溶剂热合成过程的优化，制备得到不规则六方纳米片状草酸亚铁，可以显著改善材料整体结构稳定和Li⁺/Na⁺离子高效快速传输，并提升锂/钠离子电池倍率和循环性能。

发明内容

针对上述技术的不足，本发明根据草酸亚铁材料中Li⁺/Na⁺离子扩散速率低、颗粒结构稳定性差等问题，开发出一种不规则六方纳米片状草酸亚铁材料的制备技术。本发明采用简单的溶剂热技术通过抑制草酸亚铁络合物——Fe(C₂O₄)_n^-2(n-1)的生成，并在溶剂的作用下促进材料纳米晶体成核和防止颗粒二次生长，制备得到不规则六方纳米片状草酸亚铁。