[发明专利]一种锂离子电池负极材料FeV2O4的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法，具体涉及一种锂离子电池负极材料FeV₂O₄的制备方法。

背景技术

目前，电池的商业化生产中，电池负极主要使用石墨制造，但无论是天然石墨还是人造石墨，其理论比容量均仅为372mAh/g。尽管石墨负极具有廉价、安全性好的优点，但随着一些高比容量正极材料的开发，较低比容量的石墨作为负极已经不能满足与正极材料相匹配的要求。

新型的负极材料层出不穷，如钛酸锂、无定型碳、硅碳复合材料、锡基合金、金属合金、石墨烯等。新型负极材料虽然各具特色，但目前还没有哪一种材料具有绝对优势，各企业、机构还在积极对各种新型材料进行研发。如钛酸锂循环性能好，但理论容量仅有175mAh/g，体积比容量更是没有优势，难以满足电动车及混合电动车对电池高容量化的要求。因此，开发具有高比容量、高充放电效率、长循环寿命的新型锂离子电池负极材料极十分迫切。

电极的放电比容量、循环性能和充、放电曲线的平稳性因材料的种类不同而存在很大差异。如Li₃FeN₂用作锂电池负极时，放电容量为150mAh/g、放电电位在1.3V（vs Li/Li⁺）附近，充、放电曲线非常平坦，无放电滞后，但容量有明显衰减；Li_3-xCo_xN具有900mAh/g的高放电容量，放电电位在1.0V左右，但充、放电曲线不太平稳，有明显的电位滞后和容量衰减。目前，这类材料要达到实际应用，还需要进一步深入研究。某些金属如Sn、Si、Al等金属嵌入锂时，将会形成含锂量很高的锂-金属合金，如Sn的理论容量为990mAh/cm³，接近石墨的理论体积比容量的10倍。但合金负极材料的主要问题是首次效率较低及循环稳定性较差，必须解决负极材料在反复充放电过程中的体积效应造成电极结构破坏的问题。而单纯的金属材料负极循环性能很差，安全性也不好。F.F.Tao等采用湿化学方法合成纳米片自组装形成的直径3～7μm的Co₃O₄空心微球，纳米片由直径约50nm的纳米颗粒组成，首次放电比容量为1048mAh/g，但到了第二个循环放电比容量就衰减到390mAh/g。L.Liu等用溶剂热和煅烧的方法合成了纳米片基NiO微球，发现反应的温度、时间和表面活性剂对于产物形貌具有重要影响，50mA/g恒电流充放电时，首次放电比容量约1570mAh/g，但是充电时比容量衰减达500mAh/g，循环稳定性差。

目前，我国钒、铁资源丰富，原材料来源广泛，成本低廉。因此，FeV₂O₄是一个具有很大潜力和价值的锂离子电池负极材料。目前实验室可通过固相球磨法制备得到FeV₂O₄，但是各方面性能均较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种合成温度低，条件易于控制，合成方法简单，产品振实密度和电化学性能优异，利用喷雾干燥协同热处理淬冷技术的锂离子电池负极材料FeV₂O₄的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种锂离子电池负极材料FeV₂O₄的制备方法，包括以下步骤：

（1）将草酸亚铁溶液和偏钒酸铵溶液按溶液中亚铁离子和钒离子摩尔比1:2的比例，在保护性气氛下，同时加入到搅拌反应釜中搅拌反应，加料结束后，调节溶液pH至2～6（优选4～5.5），继续反应1～4h（优选1.5～3h），得深蓝色悬浊液；

（2）将步骤（1）所得悬浊液加入相当于其体积1～3%的乙醇，然后进行喷雾干燥，得前驱体物料；

（3）将步骤（2）所得前驱体物料在保护性气氛下，于200～400℃（优选300～380℃）热处理8～15h（优选9～12h），再加入液氮淬冷，得锂离子电池负极材料FeV₂O₄。

进一步，步骤（1）中，所述草酸亚铁溶液和偏钒酸铵溶液按溶液加入的速度均为200～600mL/h（优选300～500mL/h）。

进一步，步骤（2）中，所述喷雾干燥的进料速度为400～1200 mL/h（优选600～1000 mL/h），干燥进风温度为150～250℃（优选200～230℃），出风温度为80～150℃（优选100～130℃）。