[发明专利]一种多孔球状磷化二铁锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

一种多孔球状磷化二铁锂离子电池负极材料及其制备方法，所述多孔球状磷化二铁锂离子电池负极材料为100~800 nm大小均匀的微纳米颗粒，其中的磷化二铁为六方晶相Fe₂P，具有多孔球状结构，周围有碳包覆层；本发明采用一次溶剂热法和一次水热法获得前驱体，然后将前驱体在还原气氛下焙烧获得多孔球状磷化二铁锂离子电池负极材料；本发明的多孔球状磷化二铁锂离子电池负极材料，其多孔球状的骨架和碳包覆层都有助于缓解充放电循环过程的体积膨胀，提高材料的导电性；所组装的锂离子电池倍率性能好、循环稳定性好、离子传输效率高；本发明方法操作简单，成本低，可控性强。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法，具体涉及一种磷化二铁锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，人们开始面临能源危机和环境问题：化石能源不断减少，将来必会枯竭；环境问题越发严重，急需综合治理。对此，从源头入手才是最彻底的解决方式。新能源材料绿色环保，不产生温室气体，并且是可持续的，因此逐渐被广泛地应用在能源领域。而在新能源材料中，锂离子电池有较为突出的优点：(1)电压高，一般能达到3.6V；(2)循环寿命长，可循环2000次甚至更多；(3)能量密度较高；(4)环境适应性好，工作温度范围较大；(5)无记忆效应，不要求完全充放电；(6)环境友好，无污染等。因此锂离子电池在众多新能源材料中脱颖而出，成为世界各国的研究热点。

通过科研工作者的大量研究发现，过渡金属磷化物（M_xP_y，M = Co，Ni，Fe等）作为负极材料时表现出了非常优异的电化学性能，具有进一步研究的价值以及广阔的应用前景。其中的磷化二铁作为锂离子电池负极材料时，具有较好的理论比容量（547mAh·g^-1）和优异的倍率性能，并且对环境友好，因此备受关注。然而磷化二铁在充放电过程中体积变化较大、易粉碎、导电性较差的缺点，限制了其在负极材料中的使用。

CN109806896A公开了一种包覆型复合磷化铁的制备方法。该发明将氧化铁红加入柠檬酸和聚乙二醇，混合后，加入纯水搅拌浆化，然后加入磷酸和醋酸钴，搅拌溶解，用罐磨机磨细至粒径为 0.5-0.8μm；将磨细后的浆料在喷雾干燥机内进行喷雾干燥，干燥至干燥料的水分含量低于1％；将干燥料放入到回转炉内，同时通入氮气，在温度为850-900℃反应3-5h，然后冷却至温度小于120℃，经过气流粉碎后，在分级腔内进行分级，分级后的物料经过筛分后得到包覆型复合磷化铁。但是，由于反应过程中醋酸钴、磷酸等包覆在氧化铁红的外面，所以最终得到的是磷化铁与磷化钴的复合材料。

CN109433240A公开了一种氮掺杂碳纳米阵列负载磷化铁/磷化钴的制备方法，包括以下步骤：将聚苯胺-铁钴金属有机骨架在保护气体中煅烧，获得前驱体；然后在保护气体中将前驱体置于加热条件下磷化即得。该发明的将新型磷化物负载于氮掺杂碳纳米阵列的方法所制备的催化剂产氢性能优越，与现行的贵金属催化剂相比成本更低，材料制作过程容易操控、长时间稳定性好，可应用于电化学电池析氢电极生产。但是该发明操作不方便且合成方法复杂，得到的材料颗粒分布不均。

CN102442652A公开了一种制备过渡金属磷化物Fe₂P的新方法。采用磷酸铁作为前驱体，硼氢化钾作为还原剂，将铁的磷酸盐与还原剂按摩尔比1:1.5-1:2 在研钵中研磨，混合均匀，在500-600 ℃的氩气保护条件下反应30min；所得产物研细，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤三次，然后于60℃条件下真空干燥12h，得到产品 Fe₂P。虽然该方法所需的主要原料来源丰富，价格低廉，但是所得材料粒径为微米级，且形貌不规则，因此性能不佳。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种制备方法简便、成本低的磷化二铁，该磷化二铁纯度高，形貌规整均匀，并进一步使用碳包覆改进其性能，使用该多孔球状磷化二铁锂离子电池负极材料制备的锂离子电池比容量高、循环稳定性好、倍率性能好。