[发明专利]一种纳米铁锂氧化物复合负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池用的电极材料的制备技术领域，特别涉及一种纳米铁锂氧化物复合负极材料及其制备方法。

背景技术

纳米材料，由于其独特的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应及其在磁性、非线性光学、光发射、光电导、导热性、催化、化学活性、敏感特性、电学及热学等方面所表现出的奇特性能引起了材料科学家的广泛关注。它们在许多领域有着重要的应用，如锂离子电池、传感器、光和电致发光设备、能量转换和存储设备、智能交换机和自清洁材料等。铁锂氧化物本身具有独特的结构特性以及优异的光学、催化以及电化学性能等，使其在催化、传感、光学玻璃、光学仪器保护膜、半导体等领域存在着广泛的应用前景。

而铁锂氧化物纳米材料，由于容易制备、无毒、环境友好、成本低，成为锂离子电池材料领域的研究热点。

目前，采用固相烧结法、交换反应法、熔盐合成法、水热反应等方法合成了LiFeO₂纳米材料，但这种材料一般作为锂离子电池正极材料使用，其容量由于制备工艺不同而不同，其中采用水热方法制备的LiFeO₂纳米材料的容量为5-10mAh/g。

由此可以见，采用固相烧结法、交换反应法、水热方法等这些方法，获得的纳米材料都是为单一的LiFeO₂物质，而这种单一LiFeO₂材料的电化学活性低，容量保持率低，极大降低了铁锂氧化物的电化学性能，而且只作为正极材料使用，从而限制了该材料在锂离子电池中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种纳米铁锂氧化物复合负极材料，材料的形貌规则、尺寸比较均一，纯度高，电化学性能良好。

本发明的另一个目的在于提供一种纳米铁锂氧化物复合负极材料的制备方法，工艺简单，易于大规模的工业化生产。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种纳米铁锂氧化物复合负极材料，该材料为Li_0.5Fe_2.5O₄和LiFeO₂的混合物或任意一种，为纳米材料，尺寸均一，颗粒状，直径在250-300纳米；

该材料通过如下步骤制备：首先由六水三氯化铁（FeCl₃·6H₂O）和磷酸二氢铵（NH₄H₂PO₄）经水热反应制备氧化铁（Fe₂O₃）纳米棒，然后将制备的氧化铁（Fe₂O₃）纳米棒与一水氢氧化锂（LiOH·H₂O）混合，然后经高温煅烧制备所述纳米铁锂氧化物复合负极材料。

所述高温煅烧是将混合样品在空气中400-900℃高温下煅烧5-20小时，冷却到室温后。

该材料具有如下性能：用于负极材料组装扣式电池的容量-电压曲线，0.1C的测试条件下首次放电容量达到1090mAh/g，60次循环后仍然保持在500mAh/g；除首次外，其他循环的库仑效率达到90%以上。

一种纳米铁锂氧化物复合负极材料的制备方法，其依序包括如下步骤：

a.将六水三氯化铁（FeCl₃·6H₂O）、磷酸二氢铵（NH₄H₂PO₄）按摩尔比例为26-30:1进行配料，与去离子水混合，放入反应釜中，水热反应温度200-240℃，水热反应时间3-10h，自然冷却到室温；

b.沉淀物通过去离子水和酒精洗涤分离后，获得氧化铁（Fe₂O₃）纳米棒，然后以水热合成方法制备的氧化铁（Fe₂O₃）纳米棒与一水氢氧化锂（LiOH·H₂O）按摩尔比例为1:2进行混合；

c.最后，将混合样品在空气中400-900℃高温下煅烧5-20小时，冷却到室温后将获得的红褐色产物取出，所获得红褐色产物即为纳米铁锂氧化物复合负极材料。

水热反应制备氧化铁（Fe₂O₃）纳米棒的优选温度为210℃-230℃。

水热反应制备氧化铁（Fe₂O₃）纳米棒的时间为5-8小时。