[发明专利]一种锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学材料领域，更为具体地，涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

新能源汽车在《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十二个五年规划的建议》中被列为七大战略性新兴产业之一。锂离子电池和镍氢电池是新能源汽车的直接能量来源，其水平决定了新能源汽车的发展水平。但由于新能源汽车所需大功率动力电池的迫切需要，以及锂离子动力电池目前存在价格和安全性等瓶颈问题，锂离子动力电池关键材料正面临着新的挑战。目前锂离子电池负极材料以石墨化碳材料为主，但是碳材料在首次放电过程中生成的SEI膜，会造成不可逆容量损失，有时还会导致碳电极内部结构的变化和电接触不良；高温时可能会因保护层的分解，导致电池失效或引起安全性问题；同时石墨负极的单位体积容量相对较低，难于满足诸如电动汽车、风能太阳能储能、智能电网能量储存与转化等领域高能量密度电池的要求。因此，研发高容量和高性价比的负极材料刻不容缓。

金属、金属氧化物及其复合材料具有高的比容量已成为锂离子电池负极材料的重要选择，具有极大的发展潜力。在作为LIBS的负极的大量金属氧化物中，三类典型的金属氧化物以其不同的储锂机理和特点脱颖而出，即锡基（如SnO₂），钛基（如TiO₂、Li₄Ti₅O₁₂），与许多过渡金属氧化物。与目前商品化的石墨负极相比，这些金属氧化物材料展示出多方面的优点，如：非常高的容量，广泛的适用性，稳定性好，对环境友好。但锡基、硅基等金属基负极材料在锂嵌入后体积膨胀，容易导致电极粉化，影响结构和循环稳定性，难以满足大功率动力锂离子电池的要求。

在过去十年，一种新的关于过渡金属氧化物的储锂机理得到了证实，被称为“转化型反应”。铁氧化物和锰氧化物是这种类型的电极材料的代表，且存量丰富，无毒、无污染，容易制备。一般而言，锂在这些电极上的存储是基于锂与过渡金属离子之间的可逆的氧化还原反应。因此，它们普遍具有较高的容量，例如，氧化铁的理论容量大约是1000mAh/g。铁基负极材料应用于锂离子电池负极材料是近几年才发展起来，现今研究的主要有铁基氧化物（FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄）、铁基合金和其他铁基负极材料（FeS₂、FeOOH、FeF₃等）。其中α-Fe₂O₃得到较多研究者的关注，Lou等以丙三醇乳液为模板制备出了α-Fe₂O₃空心球，在200mA/g电流密度下经过100次循环后比容量保持710mAh/g。Chen等利用模板法制备出了Fe₂O₃纳米管，在100mA/g电流密度下循环10次后容量保持600mAh/g。但是困扰α-Fe₂O₃负极材料得以应用的主要有：(1)α-Fe₂O₃导电性较差，存在严重的电压滞后现象，导致较低的能量效率；(2)α-Fe₂O₃负极材料在锂离子脱嵌过程中体积变化较大，导致电极材料破碎、粉化，易造成电极材料活性颗粒失去良好的电接触和机械接触，以及电极表面固体电解质相界而膜(SEI膜)的破裂，失去对电极的保护，导致其容量迅速衰减。所以，目前缓解金属基负极材料锂化过程中巨大体积膨胀造成的粉碎的研究主要：创建孔隙空间去容纳体积变化；构建纳米结构缓冲机械应变或研发新型比容量高、循环性能和倍率性能优良的负极材料。然而碳酸亚铁应用于锂离子电池负极材料的研究未见文献报告。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中锂离子电池负极材料性能不足的缺陷，提供一种锂离子电池负极材料碳酸亚铁。

本发明的另一个目的是提供一种锂离子电池负极材料碳酸亚铁的制备方法。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种锂离子电池负极材料，所述负极材料为碳酸亚铁。

一种锂离子电池负极材料碳酸亚铁的制备方法，包括以下步骤：

S1.将十二烷基硫酸钠溶于去离子水中，搅拌混匀得溶液A；

S2.将可溶性亚铁盐加入溶液A中，搅拌混匀得溶液B；