[发明专利]一种磷酸铁/碳复合材料作为锂离子电池负极材料的应用

说明书

本发明公开了一种磷酸铁/碳复合材料作为锂离子电池负极材料的应用。本发明还公开了以磷酸铁/碳复合材料为负极材料的锂离子电池，具有比容量高、循环性能和倍率性能好、安全性高的特点。同时，磷酸铁材料资源丰富，价格便宜，对环境友好，磷酸铁与碳复合方法简便、成熟，且对设备要求低，易于规模化生产。因此，磷酸铁/碳复合材料是一种非常有应用前景的锂离子电池新型负极材料。

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，具体涉及一种磷酸铁/碳复合材料作为锂离子电池负极材料的应用。

背景技术

随着时代的发展，电动汽车、手机、电脑等产品的迅速发展，人们对锂离子电池性能和安全性要求越来越高。就目前而言，普遍使用的电池负极材料主要为石墨材料。然而石墨材料具有理论比容量较低(仅为372mAh g^-1)、密度小、能量密度低(约为300W h kg^-1)、工作电极电位低(0.1V vs Li/Li⁺)、安全性不高等缺点。为了加快锂离子电池的发展，研究和开发具有高比容量、良好安全性和稳定性的新型负极材料迫在眉睫。磷酸铁晶体中的P-O键稳固，难以分解，在高温或过充时不会发生结构崩塌、发热或是形成强氧化性物质，因此拥有良好的安全性，被人们所青睐。目前，磷酸铁作为正极材料的技术已经被众多研究者研究。然而，关于磷酸铁作为锂离子电池负极材料的研究尚无报道。为此，本发明提出了一种磷酸铁/碳复合材料作为锂离子电池负极材料的应用。

发明内容

本发明提出一种磷酸铁/碳复合材料作为锂离子电池负极材料的应用。

优选地，所述磷酸铁/碳复合材料的初级颗粒尺寸为纳米级。

优选地，所述磷酸铁/碳复合材料制备方法采用化学沉淀结合烧结技术；优选地，所述磷酸铁/碳复合材料的碳源采用柠檬酸三铵。

优选地，制备磷酸铁/碳复合材料的具体步骤为：

(1)称取0.01mol磷酸二氢铵(NH₄H₂PO₄)，将其溶解在150mL去离子水中，然后将所得溶液转移到70℃恒温水浴锅中磁力搅拌30分钟，在搅拌过程中加入0.01mol Fe(NO₃)₂·9H₂O，然后滴入氨水溶液调节溶液pH值为1.5，所得溶液常温静置3小时后，将所得沉淀进行离心过滤，并洗涤至滤液呈中性，将所得沉淀冷冻干燥至恒重即得到磷酸铁前驱体。

(2)将步骤(1)所得的磷酸铁前驱体0.2g和柠檬酸三铵按照质量比为1:3～1:5的比例分散在2mL乙醇水溶液(无水乙醇与去离子水按体积比1:1混合所得的溶液)中。最后，将所得悬浊液在氩气气氛中600℃保温6h，升温速率2℃/min，得到最终磷酸铁/碳复合材料。

一种锂离子电池负极材料，所述负极材料为磷酸铁/碳复合材料。

一种锂离子电池，由正极片、负极片、电解液和介于正极片与负极片之间的隔膜组成，所述负极片包括所述的负极材料。

本发明的优势如下：

本发明提供了磷酸铁/碳复合材料作为锂离子电池负极材料的应用，磷酸铁/碳复合材料中的碳可提高材料的导电性并缓解材料的体积效应，磷酸铁与Li⁺发生相转化反应，磷酸铁中的铁元素可以在+3、+2以及0价态发生可逆的氧化还原反应，同时磷酸铁在高温下不会发生或形成强氧化性物质，放电平台较高，这些使得以磷酸铁/碳复合材料作为锂离子电池负极材料具有比容量高、循环性能和倍率性能好、安全性高等特点。同时，磷酸铁材料资源丰富，价格便宜，对环境友好，磷酸铁与碳复合方法简便、成熟，且对设备要求低，易于规模化生产。因此，磷酸铁/碳复合材料是一种非常有应用前景的锂离子电池新型负极材料。

附图说明

图1为本发明实施例1的磷酸铁/碳复合材料的XRD图谱。