[发明专利]一种阳极材料、阳极、锂离子电池及制备方法

说明书

本发明具体公开一种阳极材料、阳极、锂离子电池及制备方法。所述阳极材料的制备方法，以廉价易得的生物质原料明胶为碳前驱体，以可溶性铁盐和+2价可溶性过渡金属盐为尖晶石前驱体，通过低温干燥膨胀成孔和高温煅烧过程，制备得到新型泡沫结构的MFe₂O₄/C复合阳极材料。本发明制备的MFe₂O₄/C复合电极材料具备优良的循环稳定性和高倍率放电性能，在0.2C倍率下时，首次放电比容量可达到1555.6mAh/g，首次充电比容量可达到1058.4mAh/g；在0.2C条件下，经过100周充放电循环后，放电比容量保持到925mAh/g，充电比容量保持到903.4mAh/g。

技术领域

本发明涉及电化学材料技术领域，尤其涉及一种阳极材料、阳极、锂离子电池及制备方法。

背景技术

随着电子智能设备与电动汽车的不断发展，对锂离子电池(LIBs)的需求量越来越大。锂离子电池因其具有的能量密度高、循环寿命长和倍率性能好等突出优点，被广泛应用作便携式电子设备和电动汽车的储能电源。然而，商用锂离子电池的主要阳极材料石墨理论比电容较低(372mAh·g^-1)，无法满足锂离子电池高能量密度的发展要求。近年来，科研工作者在寻找可以替代石墨作为阳极材料方面付出了巨大的努力。过渡金属氧化物由于其高的理论比容量，被认为是良好的替代石墨的电极材料。与简单的过渡金属氧化物相比，混合过渡金属氧化物由于其复杂的化学成分和协同作用常表现出更高的电化学性能。二元过渡金属氧化物中的尖晶石铁氧体(MFO，表示为MFe₂O₄，M＝Mn、Ni、Cu、Zn或Co)是一种很有前景的混合过渡金属氧化物材料。

作为典型的混合过渡金属氧化物，MnFe₂O₄由于具有较高的理论比容量(926mAh·g^-1)、较低的成本和环境友好性等优点，引起了很多研究者的兴趣。但是，MnFe₂O₄作为阳极材料仍然存在一些缺点：如电子电导率较差，锂离子扩散系数较低，循环过程中体积急剧变化，极大地阻碍了MnFe₂O₄作为阳极材料在锂离子电池领域的应用。因此，研制一种电子电导率高且循环性能好的锂离子电池电极材料，对于锂离子电池的发展具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有的锂离子电池中碳阳极材料存在的容量低和循环性能较差的问题，本发明提供一种阳极材料、阳极、锂离子电池及制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种阳极材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将明胶溶于水中，得明胶溶液；将可溶性铁盐和+2价可溶性过渡金属盐溶于水中，得混合盐溶液；

步骤二，搅拌条件下，将所述混合盐溶液滴加至所述明胶溶液中，于60-80℃搅拌4-8h，得凝胶；

步骤三，将所述凝胶于80-120℃干燥12-24h，然后于惰性气氛下，500-800℃煅烧2-8h，得所述阳极材料。

相对于现有技术，本发明提供的阳极材料的制备方法，以生物质材料明胶、可溶性铁盐和+2价可溶性过渡金属盐为前驱体，通过低温干燥膨胀成孔和高温煅烧过程，制备得到新型泡沫结构的MFe₂O₄/C复合阳极材料(M为过渡金属)，为锂离子电池电极材料的合成提供了新的思路。