[发明专利]三氟化铁/碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及电化学材料领域，尤其涉及一种三氟化铁/碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着各种新能源的发展，便携式电子设备的小型化发展及电动汽车对大容量高功率化学电源的广泛需求。目前商品化的锂离子电池大多采用无机正极/石墨体系，其中这些正极材料主要是磷酸铁锂，锰酸锂，钴酸锂，镍酸锂以及混合的体系。虽然这类体系的电化学性能优异，但是由于其本身容量较低(如磷酸铁锂的理论170mAh/g)，制备工艺复杂，成本高等诸多的缺点。所以开发新型的其它种类的正极材料受到了人们的广泛的重视。

铁的氟化物以其价廉、无毒、环保、理论容量高等优点而倍受关注，是锂二次电池金属氟化物正极材料中研究得最多的一种。1997年Arai等将FeF₃与乙炔黑研磨后作为锂二次电池正极，发现FeF3在4.5～2V之间以0.2mA/cm²放电的首次容量为140mAh/g，循环性能良好，可逆容量为80mAh/g。锂离子嵌入脱出理论比容量为237mAh/g，而Arai等实验所得实际可逆容量只有80mAh/g。Amatucci课题组的研究发现，容量低的原因是氟化铁的导电性太差，使用通常添加导电剂的方法，FeF₃的导电性问题仍不能解决。

发明内容

本发明所要解决的问题在于提供一种电子导电率高、比容量大的三氟化铁/碳复合材料。

本发明的技术方案如下：

一种三氟化铁/碳复合材料，按照质量百分比，包括50~90%的三氟化铁和10~50%的碳材料。

所述三氟化铁/碳复合材料，其中，所述碳材料为碳纳米管或石墨烯。

所述三氟化铁/碳复合材料，其中，所述碳纳米管的比表面积为100-700m²/g；所述石墨烯的比表面积为200-1000m²/g。

本发明还提供上述三氟化铁/碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：

将铁的源化合物置于氟化氢气氛环境中，于700~1200℃下反应1~5小时，冷却至室温，得到三氟化铁晶体；

将所述三氟化铁晶体和碳材料按照质量比1∶1~9:1的比例进行研磨，得到所述三氟化铁/碳复合材料。

所述三氟化铁/碳复合材料的制备方法，其中，所述铁的源化合物为氯化铁、氧化铁、碳酸铁、醋酸铁中的一种或几种。

所述三氟化铁/碳复合材料的制备方法，其中，所述碳材料为碳纳米管或石墨烯。

所述三氟化铁/碳复合材料的制备方法，其中，所述碳纳米管的比表面积为100-700m²/g；所述石墨烯的比表面积为200-1000m²/g。

所述三氟化铁/碳复合材料的制备方法，其中，所述研磨是在球磨机中进行，且研磨时间为1~24小时。

本发明还提供一种电池正极，包括铝箔，以及涂覆在铝箔上的正极材料，该正极材料包括质量比为85:5:10的三氟化铁/碳复合材料、聚偏氟乙烯和乙炔黑，其中，按照质量百分比计算，所述三氟化铁/碳复合材料包括50~90%的三氟化铁和10~50%的碳材料。

上述电池正极可以被用作锂离子电池的正极。

本发明提供的三氟化铁/碳复合材料，其高电导率的碳材料具有很高的电导率，复合之后能够很好的解决三氯化铁材料的电导率低的问题，同时容量也得到提高。

附图说明

图1为本发明三氟化铁/碳复合材料的制备工艺流程图。

具体实施方式

本发明提供的一种可用于锂离子电池正极的活性材料，即一种三氟化铁/碳复合材料，该复合材料中，三氟化铁（FeF₃）质量含量占50~90%，碳材料质量占10~50%。

碳材料优选比表面积为100-700m²/g的碳纳米管或比表面积为200-1000m²/g的石墨烯。

上述三氟化铁/碳复合材料的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1、将铁的源化合物放入马弗炉中，通入氟化氢气体，在700~1200℃温度下反应1-5h，得到三氟化铁晶体；

S2、将三氟化铁晶体和碳材料按照质量比1:1~9:1的比例混合后放入高能球磨机中，球磨1~24h，得到三氟化铁/碳复合材料；

上述三氟化铁/碳复合材料的制备方法的步骤S1中，铁的源化合物主要是氯化铁、氧化铁、碳酸铁及醋酸铁等中的一种或几种。