[发明专利]一种高性能锂离子电池正极FeF3复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能锂离子电池正极FeF₃复合材料的制备方法，属于电化学能源材料技术领域。

背景技术

FeF₃由于具有高的工作电压和理论容量、低成本、来源丰富、安全性好等优点，而被认为是有发展前景的锂离子电池正极材料。然而，FeF₃应用于锂离子电池中时，存在着锂离子迁移率低、导电率低、循环稳定性差等缺点。为了克服这些问题，目前采用的高能球磨、脉冲激光沉积、离子液体辅助使电极材料纳米化或掺杂包覆导电材料等方法，在一定程度上取得了较大进步，但是所表现出的性能还不足以令人满意。

发明内容

本发明的目的在于提供一种FeF₃三维有序大孔结构、同时原位包覆导电高分子的制备方法。与传统的零维纳米颗粒相比，包覆导电剂的三维结构有利于消除循环过程中的颗粒团聚和体积变化，从而可以提高循环稳定性；另外，互相连通的孔道有利于电极材料与电解液的充分接触，薄壁多孔结构的特点缩短了锂离子和电子的传输路径，互相连通的结构及导电剂的包覆提供了三维快速连续的离子传输通道，从而有利于动力学性能的提升。

其技术方案是：一种高性能锂离子电池正极FeF₃复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：

(1)FeF₃·3H₂O的合成步骤：

A按照FeCl₃与NaOH摩尔比1∶3配制混合溶液，并使NaOH溶液质量过量10％，强烈搅拌20～40分钟，得到的沉淀物离心分离；

B将步骤A中的沉淀物加入到过量的HF中，室温下连续搅拌10～14小时，将得到的溶液置于冰箱中冷冻，而后进行冻干处理，即可得到FeF₃·3H₂O；

(2)三维有序大孔结构FeF₃·3H₂O的合成步骤：

A将得到FeF₃·3H₂O的溶于甲醇与水的混合溶液中，其中FeF₃·3H₂O的浓度为100～300mg/mL；

B将PS胶晶浸泡在上述溶液中1～5小时，真空抽滤掉多余的溶液；

C将得到的样品烘干，温度50～70℃，时间10～14小时；

D干燥后的样品浸泡在甲苯中8～14小时，离心分离；

E在氩气中煅烧除去多余的水分，其中煅烧温度为100～200℃，时间为2～10小时。

(3)PEDOT包覆的三维有序大孔结构FeF₃的合成步骤：

A将200mg LiTFSI溶于10mL乙醇中，其中所用装置为有盖培养皿；

B将25mg EDOT和200mg FeF₃加入上述培养皿中；

C将培养皿置于烘箱中以便溶剂挥发，烘箱温度为50～70℃，时间为1.5～3小时；

D将上述混合物用乙醇过滤，在真空干燥箱中烘干，烘干温度为50～70℃，时间为10～20小时。

上述的合成FeF₃·3H₂O过程所用容器均为塑料容器。

上述的甲醇与水的混合液中，甲醇与水的体积比为9∶1。

上述所述的PS胶晶的制备方法为：以苯乙烯(CP)、十二烷基磺酸钠(SDS)、过硫酸钾(KPS)和无水乙醇为原料，采用乳液聚合法合成单分散的PS，将PS离心烘干后作为三维有序大孔的模板，其中离心的转速为2000～3000转/分钟，时间为15～20小时。

其技术效果为：本发明采用聚苯乙烯硬模板法，制备FeF₃三维有序大孔结构，并在其表面原位聚合导电高分子(PEDOT)，有效抑制了循环过程中颗粒的团聚和体积的变化，并且提高了电极材料与电解液的接触面积，加快了离子和电子的迁移速率，从而对循环稳定性和倍率性能都有很大改善。

附图说明

图1为本发明实施例一制备的PS胶晶的SEM图；

图2为本发明实施例二制备的三维有序大孔结构FeF₃·3H₂O的SEM图；

图3为本发明实施例二制备的三维有序大孔结构FeF₃·3H₂O的首次充放电曲线图。