本发明专利技术涉及一种锂离子电池铁炭复合负极材料及其制备方法，属于锂离子电池负极材料技术领域。：所述的复合负极材料采用淀粉与铁盐为原料，制成淀粉基硬炭内部间隙中填充Fe3O4纳米颗粒的复合负极材料，粒径为2-50μm，所述的淀粉与铁盐中铁的原子质量比为25:1-500:1，所述的复合负极材料1C放电首次容量达到650mAh/g，且5C放电情况下容量不低于580mAh/g。本发明专利技术制备的Fe3O4/球形硬炭微球复合负极材料，兼备了Fe3O4的高比容量，以及硬炭材料的优良循环性能、倍率性能、低温性能，这种复合负极材料具有比容量大，首次效率高，倍率性能优良，安全性与循环寿命好的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法，更具体地说，本专利技术涉及，属于锂离子电池负极材料
技术介绍
目前，在便携数码产品领域，锂离子二次电池已占据了市场的主导地位。而随着电动车、大规模储能系统的兴起，锂离子二次电池以其能量密度大、工作电压高、循环寿命长、无污染、安全性能好等优点，展现了广泛的应用前景，越来越受到研究者与企业的重视。新的市场也带来了新的需求与新的挑战，除了安全性、经济性、循环寿命以外，锂离子电池的能量密度的进一步提高也显得迫在眉睫。锂电池负极材料容量的提高是锂离子电池能量密度提高的关键之一。一般来说，锂电池负极材料分为炭负极与非炭负极两大类。其中，炭负极材料尤其是石墨类炭负极材料以其高度的结构稳定性和良好的循环性能引起世界范围内的广泛研究与开发，成为目前占据主流市场的锂离子电池负极材料。但其理论容量只有372mAh/g，而目前市场上成熟的石墨负极容量已经能达到360mAh/g以上，基本达到了发展的极限，越来越不能满足市场发展的要求。因此，研究者的注意力开始转移到其它材料上，例如硬炭、炭/硅复合材料、金属氧化物等。在众多研究对象当中，Fe3O4是较有前途的一种。Fe3O4作为锂离子电池负极材料比容量可以高于900mAh/g，接近石墨负极的三倍。而且铁元素的储量非常丰富，价格低廉，生物毒性也很低，因此Fe3O4是一种很有前途的锂电负极材料。但是，由于的Fe3O4电导率很低，因此在充放电过程中锂离子的嵌入和脱嵌都比较困难，限制了该材料容量的发挥。为了改善Fe3O4的充放电性能,研究者开展了大量的研究,如纳米化和元素掺杂。Taberna等用模板法在铜箔表面制备 了纳米柱状Fe3O4，该材料循环性能非常好，循环50次后还有超过800mAh/g的可逆容量。该材料在SC下充放电还可以放出80%的容量，显示了良好的高倍率性能。但是，这种纳米化方法在工业化生产时很难放大，也难以保证材料的批次一致性。而且纳米材料的加工性较差，使得制备电极的工艺难以实现。国家知识产权局于2011年10月5日公开了一件公开号为CN102208641A，名称为“一步法合成空心球结构Fe304/C锂离子电池负极材料”的专利技术专利，该专利公开了一种空心球储锂复合材料Fe304/C的制备方法及其在锂离子电池中的应用，属于材料合成及高能锂离子二次电池
其特征在于:利用溶剂热或水热法制备粒径分布较窄的空心球Fe304/C复合材料，该材料纯度高，平均粒径为750纳米，壁厚为250纳米。电化学测试表明，此方法制备的Fe304/C复合材料其首次放电比容量高达1175mAh/g，循环65次后放电比容量仍高达900mAh/g，显示了优异的循环稳定性。此外该材料还具有良好的倍率性能，在2C及5C充放电倍率下的放电比容量分别为620mAh/g和460mAh/g，性能远优于目前普遍使用的碳素负极材料(理论比容量372mAh/g)。本专利技术成本低廉,工艺简单易于产业化,在高能锂离子电池领域具有广泛的应用前景。该专利技术的缺点:1、该专利技术合成温度是180-220°C，在该温度下，该专利技术使用的葡萄糖、蔗糖等碳源生成的热解碳含有大量羟基等官能团，炭化程度很低，导电性很差，而且这些管能团会影响电池的循环性与安全性。2、该专利技术制备的材料为空心球，球内部的空心部分不贡献容量却占据了体积，非常不利于电池能量密度的提高。3、该专利技术使用水热法合成，而且合成时间需要12-96小时，放大化生产时在保证材料批次一致性以及稳定性方面存在一定困难。国家知识产权局于2012年11月21日公开了一件公开号为CN102790217A，名称为“碳包覆四氧化三铁锂离子电池负极材料及其制备方法”的专利技术专利，该专利公开了一种碳包覆四氧化三铁锂离子电池负极材料及其制备方法。该负极材料为碳包覆Fe3O4复合材料，其粒径为1-1OOnm之间；其制备过程:采用NaCl作为分散剂和载体，将其与金属氧化物源和固体碳源充分混合；将混合溶液真空干燥，得到混合物；将混合物放入管式炉中在惰性气氛下煅烧，得到煅烧产物；将煅烧产物洗涤，研磨得到碳包覆金属氧化物纳米颗粒。该方法安全无毒，操作简单，以该材料制备的锂离子扣式电池在充放电测试中，0.1C (电流密度为92mA/g)循环30周后，放电比容量能保持在620_900mAh/g，在IC (电流密度为920mA/g)循环50周后，放电比容量仍能保持在600-760mAh/g，该锂离子电池负极材料具有较高的可逆容量以及良好的循环稳定性。该专利技术的缺点:1、该方法使用碳源、铁源配制溶液的方法来实现碳包铁，由于该方法不具备取向性，因此很难保证炭均匀包覆铁的效果；2、该方法得到的固体是研磨得到的粉末，属于无规则颗粒，不利于电极材料压实密度的提高。3、该专利技术的方法仅局限于硝酸铁作为铁源和氯化钠作为分散剂的体系，具有一定的局限性。国家知识产权局于2013年3月6日公开了一件公开号为CN 102956891A,名称为“一种锂离子电池负极活性材料Fe304/C的制备方法、负极及锂离子电池”的专利技术专利，该专利提供了一种锂离子电池负极活性材料Fe304/C的制备方法，该方法包括以下步骤:S1、将表面活性剂、沉淀剂加入到有机溶剂中混合成溶液A ; S2、将可溶三价金属铁盐溶解在水中配成溶液B ;S3、将溶液B加到溶液A中，然后在反应釜中，在100-200°C保温10-15小时后自然冷却，得到前驱体；S4、除去前驱体表面的杂质，干燥后在惰性气氛下，以5-15°C /min的速度升温至300-800°C保温0.5-2小时`，自然降温，得到该活性材料；沉淀剂为可以与铁离子形成沉淀的物质。本专利技术还提供了含有该活性材料的负极及锂离子电池。本专利技术的制备方法得到的负极活性材料作为电池负极，有很高的容量和好的循环性能。该专利技术的缺点:1、该专利技术需要使用有机溶剂(乙醇、丙酮、氯仿、萘等)作为一种分散介质，这对合成工艺的成本、安全性、环保性带来了不利因素；2、该专利技术使用水热法合成，而且合成过程中需要表面活性剂来调节体系的稳定，放大化生产时在保证材料批次一致性以及稳定性方面存在一定困难。国家知识产权局于2012年3月21日公开了一件公开号为CN102386383A，名称为“一种核壳结构的锂电池硬炭微球负极材料及其制备方法”的专利技术专利，该负极材料由淀粉基硬炭以及表面的石墨化层制成，该材料表面经过低于1500°C的催化石墨化处理形成了薄薄的石墨化层，而内部保持了硬炭结构；作为锂电池负极材料，具有比容量高，循环寿命长，倍率性能好等优点。该专利技术的缺点:1、原料淀粉具有廉价易得等优点，但是淀粉的密度较低，淀粉颗粒内部的淀粉链与链之间有很多小的空隙，这样使得制备的硬炭材料密度较低，非常不利于电池体积能量密度的提高。2、上述方法制备的是一种纯碳元素的负极材料，加入的金属在最后一步中酸洗除去了。该材料的缺点在于淀粉的密度较低，淀粉颗粒内部的淀粉链与链之间有很多小的空隙，这样使得制备的硬炭材料密度较低，非常不利于电池体积能量密度的提闻。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中Fe3O4负极材料电导率低，循环性差，以及淀粉基硬炭微球负极材料中的微隙导致电池体积能量密度低的问题，提供一种锂离子电池铁炭复合负极材料，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂离子电池铁炭复合负极材料，其特征在于：所述的复合负极材料采用淀粉与铁盐为原料，制成淀粉基硬炭内部间隙中填充Fe3O4纳米颗粒的复合负极材料，粒径为2?50μm，所述的淀粉与铁盐中铁的原子质量比为25:1?500:1。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王瑨，王增竹，谢皎，郑威，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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