[发明专利]一种限位复合三氟化铁正极材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开一种限位复合三氟化铁正极材料，由碳材料和铁盐通过液相合成法合成的FeF₃·0.33H₂O‑碳材料；所述碳材料为石墨烯或者介孔碳；本发明还公开该限位复合三氟化铁正极材料的制备方法，包括以下步骤：一、将碳材料分散于浓硝酸，回流，抽滤回流后溶液，得到纯净的碳材料；二、将步骤一制得的纯净碳材料超声分散于无水乙醇中；三、将铁源和离子液体加入到步骤三获得的碳材料均匀分散的无水乙醇中；步骤四、经步骤三的混合物在第一温度下搅拌反应一段时间，升温至第二温度，第二温度下反应结束，清洗，干燥得到目标产物；本发明限位控制三氟化铁晶体大小，防止晶体团聚；合成简便；适宜应用。

技术领域

本发明涉及化学电源技术领域，特别是涉及一种限位复合三氟化铁正极材料、制备方法及应用。

背景技术

锂离子电池作为一种实用性的能量转化装置，已经被广泛的应用于日常生活的各个领域，现行锂离子电池体系的能量密度已经接近理论值，难有突破性的进展，开发新的锂离子电池体系，尤其是新的电极材料具有重要的意义。

氟化铁作为新一代锂离子电池正极材料的典型代表，具有理论容量高，资源丰富，成本低廉等优势，吸引了研究人员的广泛关注。但由于氟元素与铁元素是通过离子键相键合的，导致该材料的电子电导较低，从而使材料倍率性能的发挥受到了很大的制约，因此改善氟化铁的电子电导率是其商业化进程中首当其冲的问题。

目前对氟化铁材料的改性研究主要集中在以下三个方面：①采用纳米化的手段，控制氟化铁材料的微观结构和形貌，②采用复合化的方法，与高电子电导的碳材料进行复合，③进行离子掺杂，从根本上提高氟化铁的电子电导率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种限位复合三氟化铁正极材料，该发明限位控制三氟化铁晶体大小，防止晶体团聚。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种限位复合三氟化铁正极材料，由碳材料和铁盐通过液相合成法合成的FeF₃·0.33H₂O-碳材料；

所述碳材料为石墨烯或者介孔碳。

本发明的第二个目的在于提供一种限位复合三氟化铁正极材料的制备方法，该发明通过液相原位合成利用碳材料的结构限位三氟化铁的晶体生长，制备工艺简单。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种限位复合三氟化铁正极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将碳材料分散于浓硝酸，回流，抽滤回流后溶液，得到纯净的碳材料；

步骤二、将步骤一制得的纯净碳材料超声分散于无水乙醇中；

步骤三、将Fe(NO₃)₃·9H₂O和[Bmim][BF₄]离子液体加入到步骤三获得的碳材料均匀分散的无水乙醇中；

步骤四、经步骤三的混合物在第一温度下搅拌反应一段时间，升温至第二温度，在第二温度下反应结束，清洗，干燥得到粉末状氟化铁-碳材料。

优选步骤四使用丙酮冲洗产物。本发明中用丙酮冲洗的目的在于除去附着在碳材料表面的纳米颗粒，使材料表面平滑，减小材料的比表面积。

优选Fe(NO₃)₃·9H₂O的物质的量为碳材料物质的量的2至5倍，[Bmim][BF₄]离子液体的物质的量为碳材料物质的量的20至30倍。

优选无水乙醇物质的量为碳材料物质的量的30至50倍。本发明中无水乙醇用量太少，碳材料无法均匀分散，用量多易浪费。

优选步骤四中第一温度的温度范围为在0至5℃；