[发明专利]一种具有嵌锂活性FeF3纳米棒的制备方法

说明书

技术领域

    本发明主要涉及种锂离子电池正极材料的制备方法，尤其涉及一种具有嵌锂活性FeF3纳米棒的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有高电压、高容量、低能耗、环境友好、无记忆效应和循环寿命长等特点，已经广泛应用到移动电话、笔记本电脑和数码相机等众多便携式电子设备。随着锂离子电池的发展，电极材料的发展尤为重要。

具有AB₃-型结构的FeF₃作为锂离子电池正极材料，具有较高的理论容量（在1.5 V-4.5 V电压范围内，其理论容量为712 mAh g^-1）、低毒性和热稳定性，是一种有潜力的锂离子电池正极材料。近年来，FeF₃纳米材料作为锂离子电池正极材料引起了关注。

Chilin Li等人报道了在低温下基于离子液体所制备的具有一维渠状的FeF₃(H₂O)_0.33，结果显示在14 mA g^-1的电流密度下，经过6次充放电循环后其放电容量为153 mAh g^-1，经过30次循环后其放电容量下降到130 mAh g^-1（Low-temperature ionic-liquid-based synthesis of nanostructured iron-based fluoride cathodes for lithium batteries[J]. Advanced. Materials, 2010, 22, 3650–3654.）。De-long Ma等人报道了一种具有三维有序微孔结构的FeF₃材料，并在其外面包覆了导电高分子PEDOT，结果显示这种材料在20 mA g^-1的电流密度下，其放电容量高达210 mAh g^-1，在1A g^-1的电流密度下，其放电容量高达120 mAh g^-1，这种三维有序微孔结构能增加FeF₃的导电率，外包覆PEDOT可提供稳定的和较高的不可逆容量（Three-dimensionally ordered macroporous FeF₃ and its in situ homogenous polymerization coating for high energy and power density lithium ion batteries [J]. Energy & Environmental Science，2012, 5, 8538-8542）。

本发明是在提高FeF₃的放电容量、减小不可逆容量损失和循环稳定性前提，首先通过液相法制备FeOOH纳米棒，并以此为前驱体，利用”外向-刻蚀”的原理制备FeF₃纳米棒。

发明内容

本发明目的就是为了提供一种具有嵌锂活性FeF3纳米棒的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种具有嵌锂活性FeF₃纳米棒的制备方法，包括以下步骤：

（1）FeOOH纳米棒的制备：在有盖的（60-120 mL）磨口玻璃瓶中，加入1-5 mol/L的可溶性的三价铁盐水溶液5-20 mL，再加入20-85 mL的蒸馏水，搅拌均匀后，将磨口玻璃瓶放入80-120 ^oC的鼓风干燥箱内，反应8-24小时，最后将产物离心洗涤并干燥；

（2）FeF₃的制备：在50 mL的内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中加入20-40 mL有机溶剂作为反应介质，按摩尔比n(Fe):n(F)=1:1-3，先加入FeOOH纳米棒，再加入氟源，搅拌均匀后，将高压釜置于100-180℃的鼓风干燥箱内，反应12-48小时，最后将产物离心洗涤并干燥；

（3）将步骤（2）制备出的产物在惰性气氛保护下，于120-600℃焙烧2-10小时脱水，得到具有嵌锂活性FeF3的纳米棒。

所述的三价可溶性铁盐选自六水合三氯化铁、九水合硝酸铁、柠檬酸铁、柠檬酸铁铵中一种或几种。

所述的有机溶剂选自无水乙醇、丙三醇、丙酮、异丙醇、正己醇、正丁醇、甲苯、苯中一种或几种。

所述的氟源选自HF、NaF、KF、CaF₂中一种或几种。