[发明专利]一种高容量锂离子电池用复合负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池用负极材料领域，特别是高容量锂离子电池用α-Fe₂O₃/Fe₃O₄复 合负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是目前研究最热的储能装置之一，已广泛应用于各类轻量型电子设备中，随 着人们对二次电源性能要求的日渐提高，锂离子电池也不断更新换代，然而，锂离子电池的 整体性价比却提高甚微，成为目前锂离子电池发展的主要瓶颈。作为锂离子电池的关键材料 之一，负极材料的性价比是影响电池性能的重要因素之一，探索新型高性价比的负极材料始 终是锂离子电池领域的一个研究热点。各种材料如硬炭、锡基化合物、锑基化合物以及纳米 硅等高容量负极材料均成为研究对象。硬炭类材料没有电压平台，锡基化合物、锑基化合物 以及纳米硅不仅价格高昂，且体积效应显著，致使材料循环寿命无法满足实用。寻求价格低 廉、高容量的负极材料成为目前亟待解决的问题之一。

铁氧化物具有资源丰富、价格低廉及环境友好等优点，已在气敏材料、涂料以及微波吸 收材料等领域得到广泛应用。2000年Poizot等首次尝试以FeO为锂离子电池负极材料，并建 立了FeO的嵌脱锂模型(Poizot.P，Laruelle.S，Grugeon S.Nature，2000，407：496)。 之后，愈来愈多的电化学研究人员开始关注铁氧化物负极材料，目前研究较多的铁氧化物主 要集中于α-Fe₂O₃与Fe₃O₄。2003年Larcher D研究了微米级和纳米级α-Fe₂O₃的嵌脱锂性能( Larcher D，Masquelier C，Bonnin D，et al.J Electrochem Soc，2003，150：A133)， P.L.Taberna在柱状铜金属端面电沉积Fe₃O₄，发现该材料用作锂离子电池负极材料具有良 好的循环稳定性和高倍率性能((P.L.Taberna，S.Mitra，P.Poizot，P.Simon，J.M. Tarascon，Nat.Mat.2006，5：567))。国内如上海交通大学等单位的研究人员也通过水热 工艺制备出“花瓣”状的α-Fe₂O₃，其首次可逆容量接近1000mAh/g。从上述文献报道上可 以发现，α-Fe₂O₃的比容量较高，但却普遍存在首次库伦效率偏低的问题，这对此类材料的 产业化应用极为不利。反尖晶石型Fe₃O₄的首次库伦效率虽然较高，但比容量却低于α -Fe₂O₃。若能通过适当的合成过程制得α-Fe₂O₃/Fe₃O₄复合材料，则有望取长补短，制备出 综合性能更好的铁基负极材料，推动高容量锂离子电池的发展。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题是提供一种高容量锂离子电池用α-Fe₂O₃/Fe₃O₄复合负极 材料。该材料比容量高、导电性能好、循环寿命长且制作方法简单、成本低。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种高容量锂离子电池用复合负极材料的制备方法，其特征在于，将市售柠檬酸铁制成 柠檬酸铁粗粉；或将市售柠檬酸铁铵球磨制成柠檬酸铁铵粗粉，所述柠檬酸铁粗粉的粒度范 围为75±5微米，所述的柠檬酸铁铵粗粉的粒度范围为150±5微米；在空气中600摄氏度 ~900摄氏度温度范围内热处理所述的柠檬酸铁粗粉或柠檬酸铁铵粗粉，通过柠檬酸盐的热分 解原位得到α-Fe₂O₃/Fe₃O₄复合材料，将所得α-Fe₂O₃/Fe₃O₄复合材料冷却后经研磨、过筛， 得到颗粒尺寸小于38微米的粉末，即为高容量锂离子电池用负极材料。

所述热处理的时间为0.5~48h。