[发明专利]一种铁锰复合氧化物材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种锂离子电池负极材料铁锰复合氧化物，该复合氧化物的高锰酸钾含量、焙烧温度、反应气氛和反应时间等，可达到对(FeO)_x(MnO)_1‑x复合氧化物的结构可控、晶胞参数可调变，FeO、MnO含量的可控合成，整个过程反应条件温和、可控性和重复性好，制得的复合氧化物纯度高、结晶度高。

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种铁锰复合氧化物材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池是一种新型绿色的高能电池,由于具有工作电压高、比能量大、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应及对环境友好等优点，被广泛运用于移动电话、摄像机、笔记本电脑等便携设备，其还被列为电动汽车、航天、军事及大型储能设备的候选电源。开发性能优越的锂离子电池具有非常重要的现实意义。

负极材料是影响锂离子电池性能优劣的关键因素之一。目前，商业化负极材料为石墨材料，但由于其存在容量低和倍率性能差等缺点，并不能满足高能量、高功率密度的锂离子电池的要求。在众多下一代负极材料中，铁基材料因其储量大、容量高、成本低、对环境友好等优点备受关注。关于铁基材料作为锂离子电池负极材料的研究，目前主要集中于Fe₂O₃和Fe₃O₄等高价态氧化物或其复合氧化物。关于II价态的FeO作为锂离子负极电池材料的应用报道很少。如2000年，P.Poizot等在《nature》等报道了过渡金属氧化物MO(M为Co、Ni、Fe或Cu中的一种)可作为新型高容量锂离子电池负极材料，其中，FeO作为锂离子电池的负极材料其电容量较高，经过100次循环后其稳定性仍然较好。然而，在实际应用中，FeO的循环稳定性和倍率性能不理想。

氧化铁基材料容量衰减的原因主要是由于嵌脱锂过程中,活性物质的体积发生相应的变化且受嵌脱锂的动力学限制。充电时，锂离子嵌入电极材料使其体积膨胀；放电时,锂离子脱出电极材料使其体积收缩。活性物质的膨胀和收缩,可造成电极片粉化，表面出现微裂纹,活性物质结构崩溃,同时致使电极材料与集流体不能很好地接触,导电电子失去导电的路径,引起欧姆电阻和电荷迁移电阻增加,由此使电池在短时间内达到截止电压，造成容量衰减较快，电化学循环稳定性差。

为改善氧化铁基负极材料的电化学性能，目前研究大多通过优化氧化铁基负极材料的制备工艺来制备纳米级氧化铁或优化氧化铁的化学组成及微观形貌，或通过与独特结构的碳材料复合等方法提高氧化铁基负极材料的电化学性能。本发明提供了一种将FeO和MnO_x进行复合制备铁锰复合氧化物(化学通式为(FeO)_x(MnO)_1-x，所述x为0.1-0.9)的液相制备方法。目的是通过精确控制产物的结构并对其晶胞参数进行调变，从而改善电极材料在充放电过程中体积膨胀或收缩而引起电极材料循环稳定性和倍率性能变差的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种锂离子电池负极材料铁锰复合氧化物及其制备方法。

本发明的技术方案为：一种应用于锂离子电池负极材料的铁锰复合氧化物，该铁锰复合氧化物的化学通式为(FeO)_x(MnO)_1-x，其中x为0.1-0.9。

一种锂离子电池负极材料铁锰复合氧化物的制备方法，主要包括如下步骤：

S1.在60℃下，依次加入一定量的碱、表面活性剂和醇，快速搅拌一定时间得到均匀溶液A；

S2.配制一定浓度的硫酸亚铁铵溶液B；

S3.将B溶液与A溶液混合，剧烈搅拌一定时间得到棕色浊液C；