[发明专利]原位合成的Fe-Fe3O4复合的锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种锂离子电池负极材料的制备方法。 

背景技术

随着全球经济的快速发展，化石燃料的耗尽以及越来越严重的环境问题，对于有效，清洁和可持续发展的清洁能源越来越为迫切。近年来，锂离子（Lithium ion battery）吸引了大量的关注，主要是由于他们的高功率密度大，生命周期长，能够弥补传统介电电容器（具有高功率输出）容量小和电池、燃料电池（具有高能量储存）功率密度低的缺点。一般来讲，锂离子电池的负极材料是近年研究的热点，也是影响锂离子电池发展的重要因素。锂离子电池负极材料应具有的基本条件，主要有以下方面：(1)锂在该材料的嵌入电位比较低，尽可能接近金属锂的电位；(2)嵌入化合物具有较好的电子导电率和离子导电率，锂离子在材料内部以及表面的扩散速率均较大；(3)该材料能与电解液具有比较好的兼容性，同时在表面形成稳定的固体电解质膜（SEI膜，Solid Electrolyte Interface）；(4)在锂离子的嵌入与脱出中，主体材料的体积和结构变化均比较小，同时锂离子的嵌入与脱出容量比较大；(5)该材料价廉，对环境无污染。传统的锂离子电池电极的制备方法，是将活性物质粉末与粘结剂混合成糊状，然后涂覆在基体上（铝箔、铜箔），这种方法制备的电极由于粘结剂的存在会导致较低的导电性，而且部分活性物质不能与电解液接触从而成为“死面积”。为了解决这个问题，近年来，具有三维立体结构的纳米材料作为锂离子电池的电极引起了广泛的研究。这种结构的电极可以使活性物质充分的接触电解液，并且一些特殊的纳米形貌也可以增加电极表面积，从而促进电荷的传递，利于能量的储存。目前处于研究中的负极材料主要有：碳材料、过渡金属氧化物、硅基材料、锡基材料等。在这些可以应用的锂离子电池负极的材料中，金属氧化物（如Co₃O₄、MnO₂、NiO、Fe₃O₄等）由于比传统的含碳材料具有较高的比容量（是碳材料的2-3倍）得到了广泛的研究。在这些金属氧化物中，以Fe₃O₄为负极材料的锂离子电池理论比容量可以达到926mA hg^-1，并且其低毒，贮量丰富，与其他含有钒，钴或者铁的材料相比具有较高的安全性。它的密度为5.17g cm^-3,远远高于碳材料（2.268g cm^-3），这就意味着它的体积能量密度是碳材料的很多倍。可参阅A.Hu,X.Chen,Y.Tang,Q.Tang,L.Yang,S.Zhang,Self-assembly of Fe3O4nanorods on graphene for lithium ion batteries with high rate capacity and cycle stability.Electrochemistry Communication,28(2013)139-142.以及M.Zhang,X.Yin,Z.Du,S.Liu,L.Chen,Q.Li,H.Jin,K.Peng,T.Wang,Fe₃O₄dendrites reduced by carbon-coatings as high reversible capacity anodes for lithium ion batteries，Solid State Sciences,12(2010) 2024-2029。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种容量高、倍率性能大、循环性能好的原位合成的Fe-Fe₃O₄复合的锂离子电池负极材料的制备方法。 

本发明的目的是这样实现的： 

（1）将Fe的盐与三乙醇胺充分溶解在超纯水中，磁力搅拌15min，使Fe²⁺在溶液中的浓度为0.05mol·L^-1～0.5mol·L^-1，三乙醇胺在溶液中的浓度为0.1mol·L^-1～2.0mol·L^-1；