[发明专利]电池电极材料氧化铁的制备方法及电池电极材料氧化铁和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种电池电极材料氧化铁的制备方法及电池电极材料氧化铁和锂离子电池，涉及电池电极材料技术领域。该电池电极材料氧化铁的制备方法，主要以三价铁盐为铁源，吐温/乙二醇的水溶液为导向生长剂，采用pH调节剂调节环境pH，通过水热法制备出具有中空柱结构的电池电极材料氧化铁，其中，吐温/乙二醇的水溶液不但能够调控水热反应的沸点，而且吐温在水溶液中形成胶体，产生吸附双电层，吸附铁离子导向生长，从而使得氧化铁的形貌更容易控制，所得到的氧化铁的中空柱结构不但可以提供更大的反应接触面积，还使得氧化铁的导电性变好，有利于提供更大的离子传输通道，进而提高材料的电化学性能。

技术领域

本发明涉及电池电极材料技术领域，具体而言，涉及一种电池电极材料氧化铁的制备方法及电池电极材料氧化铁和锂离子电池。

背景技术

在制造电池的关键材料中，负极材料是决定其工作性能和价格的重要因素。目前商业化的负极材料主要是石墨类碳材料，但它们理论容量仅为372mAh/g，且在充放电过程中“锂枝晶”的形成，容易造成电池短路引发爆炸，故其理论容量低和安全性差限制了电池的发展。

为了提高锂离子电池的比容量等电化学性能，各种新型的高能负极材料被开发出来。其中，氧化铁(Fe₂O₃)因资源丰富、环境友好和比容量高等优点(1005mAh/g)受到研究者们的广泛关注，有望成为新一代电池负极材料。Fe₂O₃理论比容量高，但导电性差，循环稳定性欠佳，限制了它的商业化使用。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种电池电极材料Fe₂O₃的制备方法，该制备方法采用三价铁盐作为铁源，吐温/乙二醇的水溶液作为导向生长剂，采用pH调节剂调节环境pH，通过水热法制备出具有中空柱结构的电池电极材料Fe₂O₃，该电池电极材料Fe₂O₃具有良好的导电性以及循环稳定性等电化学性能。

本发明的第二个目的在于提供一种电池电极材料Fe₂O₃，该Fe₂O₃具有中空柱结构。

本发明的第三个目的在于提供一种锂离子电池，包括上述电池电极材料Fe₂O₃。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供一种电池电极材料Fe₂O₃的制备方法，包括如下步骤：

(a)将三价铁盐和pH调节剂加入到吐温/乙二醇的水溶液中，混合均匀，得到前驱体溶液；

(b)将前驱体溶液置于150-200℃下水热反应8-15h，得到沉淀物；

(c)将步骤(b)反应得到的沉淀物洗涤，离心，干燥，得到具有中空柱结构的电池电极材料Fe₂O₃。

进一步的，吐温/乙二醇的水溶液中吐温、乙二醇和水的体积比为1:(4-15):(20-50)，优选为1:(4-12):(22-40)，进一步优选为1:(4-10):(25-30)。

进一步的，步骤(a)中，三价铁盐和pH调节剂的质量比为(400-600):1，优选为(440-560):1，进一步优选为(480-520):1；

优选地，所述三价铁盐包括六水合氯化铁、硝酸铁或硫酸铁中的任意一种或者至少两种的组合；

优选地，所述pH调节剂为磷酸二氢盐，进一步优选为磷酸二氢钠和/或磷酸二氢钾，更优选为磷酸二氢钠。