有机物碳源热解包覆改性LiFe5O8负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体提供一种有机物碳源热解包覆改性LiFe5O8负极材料及其制备方法，用以解决锂离子电池母体负极材料LiFe5O8电化学性能差、循环稳定性差的问题。本发明专利技术中锂离子电池负极材料为纳米碳包覆材料：LiFe5O8@C，纳米碳包覆由有机物碳源热解引入单质碳、并于LiFe5O8纳米颗粒表面形成碳纳米微粒；本发明专利技术采用传统的热解法达到表面碳包覆改性的目的，提升了材料电化学性能，同时缓解材料在充放电过程中的体积膨胀锂离子负极材料，最终使得锂离子电池负极材料LiFe5O8@C具有优异的循环稳定性和倍率性能，能够满足较大倍率充放电需求；并且，其制备成本低，合成工艺简单，易实现规模化的工业生产。易实现规模化的工业生产。易实现规模化的工业生产。

【技术实现步骤摘要】
有机物碳源热解包覆改性LiFe5O8负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及负极材料及其制备技术，具体提供一种有机物碳源热解包覆改性锂离子电池负极材料(LiFe5O8@C)及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着传统的化石能源匮乏以及环境污染、气候变暖等问题日益加剧，环境友好的新型能源技术成为了目前开发和应用的热点；其中，锂离子电池凭借着其具有高的能量密度、较小的自放电、循环性能优异以及无记忆效应等特点成为了当下新能源汽车产业中的动力电池领域至关重要的一部分。
[0003]锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液构成，其中，电极材料在决定电池性能方面起着决定性作用；在锂离子电池中，负极材料显得尤为重要。为了追求更大的比容量和更低廉的成本，铁基金属氧化物材料受到广泛关注；LiFe5O8不仅具有更高的比容量，而且储量丰富，进一步降低了成本。然而，LiFe5O8负极材料应用仍然存在一些挑战：一是其导电性较差，严重影响其电化学性能；二是在循环过程中材料会发生体积膨胀而从电极上脱落，从而降低循环稳定性，阻碍了材料商品化实际应用。同时，LiFe5O8负极材料的制备主要采用高温固相法、水热法、溶胶凝胶法和棉花模板法等完成，通过高温固相法制备的负极材料工艺简单，适合商业化生产，但是产物粒径分布不均匀、电化学性能较差。
[0004]针对这些问题，为了改善LiFe5O8负极材料的性能，一般采用优化合成工艺、制备金属有机框架和制备特殊结构等改性方法，但是，这些方法和工艺复杂且成本太高，难以用于工业化生产。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对锂离子电池母体负极材料LiFe5O8电化学性能差、循环稳定性差的缺点，提供一种有机物碳源热解包覆改性锂离子电池负极材料LiFe5O8@C及其制备方法。针对锂离子电池母体负极材料LiFe5O8，本专利技术采用传统的热解法达到表面碳包覆改性的目的，提升了母体负极材料LiFe5O8电化学性能，同时缓解了锂离子电池母体负极材料LiFe5O8在充放电过程中的体积膨胀，最终使得改性的锂离子电池负极材料LiFe5O8@C具有优异的循环稳定性和倍率性能，能够满足较大倍率充放电需求；并且，该复合负极材料的制备成本低，合成工艺简单，易实现规模化的工业生产。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种有机物碳源热解包覆改性LiFe5O8负极材料，其特征在于，所述锂离子电池负极材料为纳米碳包覆材料：LiFe5O8@C，其中，纳米碳包覆由有机物碳源热解引入单质碳、并于母体负极材料LiFe5O8纳米颗粒表面形成碳纳米微粒；母体负极材料LiFe5O8纳米颗粒为自制材料，本专利所称LiFe5O8前驱体亦指母体负极材料LiFe5O8纳米颗粒。
[0008]进一步的，有机物碳源热解后残留碳与LiFe5O8纳米颗粒的质量比为1～5％。
[0009]上述有机物碳源热解包覆改性LiFe5O8负极材料的制备方法，其特征在于，包括以
下步骤：
[0010]步骤1.将有机物碳源原料溶解于去离子水中，再加入LiFe5O8前驱体，并以去离子水为分散剂在玛瑙研钵中研磨均匀，烘干后得到混合粉末；
[0011]步骤2.将步骤1所得混合粉末放入烘箱中干燥，得到干燥样品；
[0012]步骤3.将步骤2所得干燥样品放入管式炉中，于氮气气氛下，以2～6℃/min的速度升温至400～600℃烧结2～6h，再自然降温冷却至室温，得到有机物碳源热解包覆改性锂离子电池负极材料LiFe5O8@C。
[0013]进一步的，在步骤1中，有机物碳源原料热解后残留碳与LiFe5O8前驱体的质量比为1～5％。
[0014]进一步的，在步骤1中，有机物碳源原料为葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉和纤维素中的至少一种。
[0015]进一步的，在步骤2中，所述烘箱温度为：80～120℃，干燥时间为：6～12h。
[0016]进一步的，在步骤3中，氮气流速为100～1000ml/min。
[0017]从工作原理上讲，本专利技术采用表面碳包覆改性，极少量的碳源热解引入单质碳后，在LiFe5O8纳米颗粒表面形成碳纳米微粒，得到纳米碳包覆材料LiFe5O8@C，从而提升LiFe5O8材料导电性，有利于促进材料颗粒之间电子的快速传递，从而提升其倍率性能和循环稳定性能。
[0018]综上所述，本专利技术的有益效果在于：
[0019]1、本专利技术采用热解法达到表面碳包覆改性的目的，以前驱体为基体材料进行共混烧结，目标产物无杂相；与棉花模板法和静电纺丝法相比，热解法的工艺更为简单，包覆更均匀，制造成本低廉，易实现规模化的工业生产；并且，制备过程中无有毒有害物质产生，符合绿色环保概念。
[0020]2、本专利技术通过极少量的碳源热解引入单质碳后提升了母体材料导电性，有利于促进颗粒之间电子的快速传递，从而显著的提升其循环稳定性和倍率性能。
[0021]3、本专利技术制备的表面碳包覆改性的锂离子电池负极材料LiFe5O8@C具有较高的放电比容量和优异的循环性能，在室温25℃时，恒电流充放电倍率为0.5C，充放电截止电压为0～3V时，该负极材料首次放电比容量达到834.4mAh/g，第二次放电比容量达到593mAh/g，循环50次以后高达400.8mAh/g，容量保持率为67.6％(以第二次放电比容量为最大比容量)。
[0022]4、本专利技术的制备工艺中所涉及的原材料来源广泛，价格低廉，且无毒无污染，对环境非常友好。
附图说明
[0023]图1为本专利技术制备的表面碳包覆改性的锂离子电池负极材料LiFe5O8@C的工艺流程图。
[0024]图2为本专利技术制备的表面碳包覆改性的锂离子电池负极材料LiFe5O8@C的XRD图。
[0025]图3为本专利技术制备的表面碳包覆改性的锂离子电池负极材料LiFe5O8@C的SEM图。
[0026]图4为本专利技术制备的表面碳包覆改性的锂离子电池负极材料LiFe5O8@C在0.5C倍率下的循环性能曲线图。
[0027]图5为本专利技术制备的表面碳包覆改性的锂离子电池负极材料LiFe5O8@C在0.5C倍率下的充放电曲线图。
[0028]图6为本专利技术制备的表面碳包覆改性的锂离子电池负极材料LiFe5O8@C的倍率性能曲线图。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术的目的、技术方案与有益效果更加清楚明白，下面结合实施例与附图对本专利技术做进一步的详细说明。
[0030]实施例1
[0031]本实施例提供一种有机物碳源热解包覆改性锂离子电池负极材料，具体为纳米碳包覆材料：LiFe5O8@C，其中，纳米碳包覆由有机物碳源热解引入单质碳、并于LiFe5O8纳米颗粒表面形成碳纳米微粒；具体由以下步骤制备：
[0032]蔗糖热解残留碳含量为1％时，首先将蔗糖单独在400℃氮气气氛下烧结3h，得到蔗糖在该条件下热解后残留碳质量分数为23.8％本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机物碳源热解包覆改性LiFe5O8负极材料，其特征在于，所述负极材料为纳米碳包覆材料：LiFe5O8@C，其中，纳米碳包覆由有机物碳源热解引入单质碳、并于母体负极材料LiFe5O8纳米颗粒表面形成碳纳米微粒。2.按权利要求1所述有机物碳源热解包覆改性LiFe5O8负极材料，其特征在于，有机物碳源热解后残留碳与母体负极材料LiFe5O8纳米颗粒的质量比为1～5％。3.按权利要求1所述有机物碳源热解包覆改性LiFe5O8负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.将有机物碳源原料溶解于去离子水中，再加入LiFe5O8前驱体，并以去离子水为分散剂在玛瑙研钵中研磨均匀，烘干后得到混合粉末；步骤2.将步骤1所得混合粉末放入烘箱中干燥，得到干燥样品；步骤3.将步骤2所得干燥样品放入管式炉中，于氮气气氛下，以2～6℃/min的速度升温至400～...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴泉，霍晋生，冉淇文，李蕾，何泽珍，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：