[发明专利]一种铁氧化物/碳复合锂离子电池负极材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种铁氧化物/碳复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下的步骤：

1）以水溶性铁盐为铁源，以水溶性有机碳源为碳源，将铁盐水溶液和氨水及有机碳源混合均匀，得到液相混合物；

2）对该液相混合物采用喷雾干燥、冷冻干燥或喷雾裂解的方法形成粉体前驱体，再对该前驱体进行煅烧，制备成铁氧化物/碳复合材料；或者直接对该混合溶液进行喷雾裂解，制备成铁氧化物/碳复合材料；所述的铁氧化物/碳复合材料中碳的含量为复合材料质量百分比的5～70 wt％，优选碳的含量为复合材料质量百分比的20～60％，所述铁氧化物为铁和氧的非晶态化合物、FeO、Fe3O4、Fe2O3中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的铁氧化物/碳复合材料的制备方法，其特征在于：水溶性铁盐为三氯化铁、氯化亚铁、草酸铁、硝酸铁、硫酸铁和硫酸亚铁以及它们的结晶水合物中的一种或多种混合，优选为成本较低的三氯化铁或其结晶水合物。

3.根据权利要求1所述的铁氧化物/碳复合材料的制备方法，其特征在于：所采用的水溶性有机碳源为柠檬酸、月桂酸、蔗糖、葡萄糖和聚乙烯醇中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的铁氧化物/碳复合材料的制备方法，其特征在于水溶性铁盐与氨水的摩尔比为1：(0.2~20)，优选为1：(1~5)；水溶性铁盐与水溶性有机碳源的摩尔比为1：(0.2~8)，优选为1：(0.5~5)；水溶性铁盐的摩尔浓度为0.5 摩尔/升～水溶性铁盐的饱和摩尔浓度，氨水的浓度为3～15摩尔/升。

5.根据权利要求1所述的铁氧化物/碳复合材料的制备方法，其特征在于：液相混合物采用喷雾干燥制备粉体前驱体，干燥温度为100～500℃，优选150～400℃；干燥气氛可采用空气、氮气、氩气或以上一种或几种气体的混合气体，优选为空气；然后，对经干燥得到的粉体前驱体进行煅烧，煅烧温度为300～900℃，优选为350～700℃；煅烧气氛可采用空气、氮气、氩气、氢气、甲烷、氨气或以上一种或几种气体的混合气体；煅烧的时间为0.5~6小时，优选为1~4小时。

6.根据权利要求1所述的铁氧化物/碳复合材料的制备方法，其特征在于：液相混合物在空气、氮气、氩气或以上一种或几种气体的混合气体下，在300～900℃下喷雾裂解，直接形成铁氧化物/碳复合材料；作为优选，喷雾裂解温度为350～800℃，裂解气氛采用空气。

7.根据权利要求1所述的铁氧化物/碳复合材料的制备方法，其特征在于：液相混合物在空气、氮气、氩气或以上一种或几种气体的混合气体在100～500℃下喷雾裂解成粉体前驱体，然后再在300～900℃下，在惰性气氛中煅烧0.5～6小时，形成铁氧化物/碳复合材料；惰性气氛为氮气、氩气或氮气和氩气的混合气体；作为优选，裂解气氛采用空气；作为优选，煅烧气氛采用氮气，煅烧时间为1~4小时。

8.根据权利要求1所述的铁氧化物/碳复合材料的制备方法，其特征在于：液相混合物采用冷冻干燥制备粉体前驱体，，干燥温度为-10～-70℃，优选为-20～-50℃，并采用动态真空；然后，对经干燥得到的粉体前驱体进行煅烧，煅烧温度为300～900℃，优选为350～700℃；煅烧气氛可采用空气、氮气、氩气、氢气、甲烷、氨气或以上一种或几种气体的混合气体；煅烧的时间为0.5~6小时，优选为1~4小时。

9.根据权利要求1～8所述的方法制备得到的铁氧化物/碳复合锂离子电池负极材料。

10.锂离子电池负极，其特征在于：采用权利要求9所述的负极材料与粘结剂、导电剂在溶剂中混合形成浆料，将浆料涂覆到铜箔、泡沫铜或泡沫镍集流体表面，烘干及压实后，得到锂离子电池负极。

11.锂离子电池，其特征在于：该锂离子电池采用权利要求10所述的负极、脱嵌锂的正极以及介于两者间的隔膜和电解液组成的锂离子电池。