本發明專利技術提供一種鋰離子電池負極材料鐵酸鋅及其制備方法與應用。本發明專利技術通過將鋅鹽、鐵鹽溶于分散劑得到分散液后，再加入保護劑，攪拌得到混合液，最后將混合液導入高壓密封罐中，在170～200℃下加熱12～48h，得到黑色沉淀，洗滌干燥后得到該鋰離子電池負極材料鐵酸鋅，制備方法工藝簡單、實施方便；將鋰離子電池負極材料鐵酸鋅作為負極材料應用于鋰離子電池上后，表現出電化學性能優秀、首次充放電效率高、比容量高以及循環性能好的優點。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電池材料制備領域，特別涉及一種鋰離子電池負極材料鐵酸鋅及其制備方法與應用。
技術介紹
鋰離子電池具有比能量高、自放電小、循環壽命長、重量輕和綠色環保等優點而被廣泛用作各種便攜式電子設備和電動汽車的電源。電極材料是決定鋰離子電池綜合性能優劣的關鍵因素，而對于負極材料來說，目前商業化的碳負極材料已接近達到其理論極限容量(372mAh/g)，嚴重限制了高容量型鋰離子電池的進一步發展。另外，碳負極電位與金屬鋰的電位十分接近，過充時會引起鋰的沉積，嚴重時甚至會引起起火爆炸。因此，碳負極材料的這些缺點以及對高容量高安全性鋰離子電池的需求激發起人們對新型金屬類儲鋰負極材料的研究。 金屬類儲裡負極材料有娃基、錫基、招基、鋪基等，但都由于金屬類負極材料在嵌脫鋰過程中表現出巨大的體積膨脹效應，使得首次效率和循環穩定性能都較差，至今仍未實現商業化。性能優異的軟磁性材料鐵酸鋅(ZnFe2O4),作為鋰離子電池負極材料，具有巨大應用潛力價值，ZnFe2O4鋰離子電池負極材料兼顧了金屬鋅的高容量和鐵酸根的高穩定性能，其理論質量比容量高達1486mAh/g,擁有穩定的嵌鋰電位平臺(O. 8v左右),不會產生析鋰現象，大大提高了電池的安全性，充放電過程中結構穩定，使得該材料作為負極材料具有良好的循環性能，這是開發高性能鋅基鐵酸鹽(ZnMeFe2O4)儲鋰材料的基礎。同時該材料具有無毒、無污染、安全性能高，原材料來源廣泛等優點。盡管鐵酸鋅作為鋰電負極材料有諸多的優點，但在實際的應用過程中也存在著一些明顯的缺點一是電導率低，導致高倍率充放電性能差，實際比容量低；二是首次效率低，在首次嵌鋰反應過程中，隨著分步式鋰離子的嵌入將逐漸產生大量的不可逆Li2O物質，且在首次反應過程中電極本身還與電解液的接觸將反應生成SEI膜層，不可逆容量損失增大。
技術實現思路
為了克服現有技術的缺點與不足，本專利技術的首要目的在于提供一種鋰離子電池負極材料鐵酸鋅的制備方法。本專利技術的再一目的在于提供由上述制備方法得到的首次充放電效率高、比容量高以及循環性能好的鋰離子電池負極材料鐵酸鋅。本專利技術的另一目的在于提供上述鋰離子電池負極材料鐵酸鋅的應用。本專利技術的目的通過以下技術方案來實現一種鋰離子電池負極材料鐵酸鋅的制備方法，通過以下具體步驟制備(I)將鋅鹽、鐵鹽溶于分散劑后得到分散液，其中，分散液中鋅鹽的摩爾濃度為O. Ol O. 16mol/L，鐵鹽的摩爾濃度為O. 02 O. 32mol/L ；(2)將保護劑加入到步驟(I)所得的分散液中，攪拌O. 5 5h后得到混合溶液，其中，保護劑加入的摩爾量不小于分散液中鋅離子和鐵離子摩爾量之和；所述的保護劑加入到分散液后的摩爾濃度優選為O. 07 2. 50mol/L ；(3)將步驟(2)中得到的混合溶液倒入高壓密封罐中，在170°C 200°C下加熱12 48h，將反應產物離心獲得黑色沉淀，將黑色沉淀洗滌、干燥后得到鋰離子電池負極材料鐵酸鋅；步驟(I)中，所述的鋅鹽為可溶性的鋅鹽，優選為氯化鋅、硝酸鋅、醋酸鋅、硫酸鋅中的一種或至少兩種；步驟(I)中，所述的鐵鹽為三價的鐵鹽，優選為氯化鐵、硝酸鐵、醋酸鐵、硫酸鐵中的一種或至少兩種；·步驟(I)中，所述的分散液中鋅離子與鐵離子的摩爾比優選為I :2 ；步驟(I)中，所述的分散劑為乙二醇與二乙二醇的混合溶液或乙二醇，其中，所述的混合溶液中乙二醇與二乙二醇優選按體積比為I :1 19配比；步驟(2)中，所述的保護劑為醋酸鹽或者銨鹽中的一種；所述的醋酸鹽優選為醋酸氨、醋酸鉀、醋酸鈉中的一種或者至少兩種；所述的銨鹽優選為尿素；步驟(2)中，所述的攪拌的速度優選為100 1000轉/分鐘；步驟(3)中，所述的離心速度為1000 6000r/min ；步驟(3)中，所述的洗滌為用無水乙醇和去離子水交替著沖洗3 6遍；步驟(3)中，所述的干燥為在50 100°C下干燥5 24h ;一種鋰離子電池負極材料鐵酸鋅由上述制備方法制備得到。所述的鋰離子電池負極材料鐵酸鋅在鋰離子電池負極片制備中的應用，包含以下具體步驟將所述的鋰離子電池負極材料鐵酸鋅與粘結劑、導電劑按重量比(70 80)(20 10):10均勻混合，調成漿料后涂覆在銅箔上，并經真空干燥5 24個小時、輥壓，得到鋰離子電池負極片；其中，所述的粘結劑為粘結劑LA132或聚偏二氟乙烯(PVDF)；所述的導電劑為導電碳Super-P、導碳黑、納米碳；所述的鋰離子電池負極材料鐵酸鋅與粘結劑、導電劑按優選按重量比75 15 10配比；所述的涂覆的厚度為100 180微米；所述的輥壓的厚度為75 150微米；所述的真空干燥溫度為50°C 100°C。在本專利技術的制備方法中，實驗反應的溫度和時間以及加入的保護劑等對所制備的鐵酸鋅的結構、大小、形貌具有很大的影響，而產物的結構與大小、形貌對與鋰電池負極材料性能影響很大，從而影響鐵酸鋅首次充放電效率、比容量以及循環性能等。本專利技術與現有技術相比具有如下突出的優點及有益效果(I)本專利技術的鋰離子電池負極材料鐵酸鋅制備工藝簡單、成本低廉、適于工業化生產。(2)本專利技術的鋰離子電池負極材料鐵酸鋅的電化學性能優秀，首次充放電效率高，比容量高(首次達1200mAh/g以上，目前商業化的石墨理論容量為372mAh/g)、循環性能好，成功解決了鐵酸鋅在實際制備鋰離子電池負極的應用時存在的首次效率低、不可逆容量損失大和導電性能差的問題。附圖說明圖I是實施例I制備的鋰離子電池負極材料鐵酸鋅的XRD圖譜。圖2是實施例2制備的鋰離子電池負極材料鐵酸鋅的XRD圖譜。圖3是實施例3制備的鋰離子電池負極材料鐵酸鋅的XRD圖譜。圖4是實施例4制備的鋰離子電池負極材料鐵酸鋅的XRD圖譜。 圖5是模擬電池I的充放電循環性能圖。圖6是模擬電池2的充放電循環性能圖。圖7是模擬電池3的充放電循環性能圖。圖8是模擬電池4的充放電循環性能圖。具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本專利技術作進一步詳細的描述，但本專利技術的實施方式不限于此。實施例I分別稱取2. 18g的氯化鋅、5. 89g的氯化鐵混合溶解在IOOml的乙二醇溶液中，其中氯化鋅的摩爾濃度為O. 16mol/L，氯化鐵的摩爾濃度為O. 32mol/L，氯化鋅與氯化鐵的摩爾比為I :2，同時加入4. 62g醋酸氨作為保護劑，所得的混合溶液攪拌I. 5h。隨后把均勻混合溶液倒入200ml的高壓密封罐中，在180°C加熱24h獲得黑色沉淀，離心過濾出黑色沉淀，分別用無水乙醇和去離子水交替著沖洗5遍，50°C干燥6h，將最終獲得的產物進行XRD圖譜檢測，檢測結果如圖I所示，該圖譜三強峰與鐵酸鋅標準卡片JCPDSno. 22-1012相吻合，說明產物是鋰離子電池負極材料鐵酸鋅。將2g的鋰離子電池負極材料鐵酸鋅與12. 03g的粘結劑LA132 (粘結劑濃度為O. 033g/ml)、0. 267g的導電劑Super-P均勻混合，調成漿料，涂覆在銅箔上，涂覆厚度為100微米，并經真空100°c干燥6個小時、輥壓(厚度為85微米)制備成鋰離子電池負極片I。實施例2分別稱取2. 18g的氯化鋅、5. 89g的氯化鐵混合溶解在IOOml的乙二醇溶液中，其中氯化鋅的摩爾濃度為O. 16mol/L，氯化鐵的摩本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種鋰離子電池負極材料鐵酸鋅的制備方法，其特征在于通過以下具體步驟制備：（1）將鋅鹽、鐵鹽溶于分散劑后得到分散液，其中，分散液中鋅鹽的摩爾濃度為0.01～0.16mol/L，鐵鹽的摩爾濃度為0.02～0.32mol/L；（2）將保護劑加入到步驟（1）所得的分散液中，攪拌0.5～5h后得到混合溶液，其中，保護劑加入的摩爾量不小于分散液中鋅離子和鐵離子摩爾量之和；（3）將步驟（2）中得到的混合溶液倒入高壓密封罐中，在170℃～200℃下加熱12～48h，將反應產物離心獲得黑色沉淀，將黑色沉淀洗滌、干燥后得到鋰離子電池負極材料鐵酸鋅；步驟（1）中，所述的分散劑為乙二醇與二乙二醇的混合溶液或乙二醇，步驟（2）中，所述的保護劑為醋酸鹽或者銨鹽中的一種。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：侯賢華，姚玲敏，胡社軍，
申請(專利權)人：華南師范大學，
類型：發明
國別省市：
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