一種鋰電用fef2納米材料的制備方法屬于鋰離子電池領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

0、技術(shù)背景

1、隨著新能源電動(dòng)汽車和可穿戴等便攜式電子設(shè)備的普及與廣泛應(yīng)用，極大的促進(jìn)了高性能儲(chǔ)能器件的發(fā)展，然而現(xiàn)有的商用鋰離子電池和鉛酸電池等二次電池，很難滿足人們對(duì)新能源電動(dòng)汽車的長續(xù)航里程和便攜式電子設(shè)備長時(shí)間待機(jī)的應(yīng)用需求；加之相比鉛酸電池等其它二次電池，鋰離子電池具有較高的能量密度和輕量化設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，因此，為了解決新能源電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程短的問題和便攜式電子設(shè)備待機(jī)時(shí)間短的現(xiàn)象，急需研發(fā)出具有高能量密度的鋰離子電池。

2、高比容量正極材料的研發(fā)是推動(dòng)高性能鋰離子電池實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。相比于基于嵌入機(jī)制的正極材料，如聚陰離子化合物和層狀過渡金屬氧化物等，基于轉(zhuǎn)化機(jī)制的正極材料能夠提供更高的比容量，更能夠容易實(shí)現(xiàn)人們對(duì)高能量密度鋰離子電池的需求，特別是氟化鐵基材料，如fef2具有較高的理論比容量，加之鐵資源豐富和價(jià)格相對(duì)較低等優(yōu)勢(shì)，fef2材料受到廣泛的關(guān)注。然而，現(xiàn)有文獻(xiàn)多數(shù)是采用液相法(共沉淀、溶劑熱和紡絲等)合成前驅(qū)體，再借助高溫退火處理的方法，其中多數(shù)使用帶有腐蝕性的氫氟酸和氟硅酸或者是價(jià)格較高的三氟乙酸等作為氟源，少數(shù)使用聚偏二氟乙烯和氟化銨，而采用廉價(jià)易得的氟化氫銨作為氟源，制備fef2的研究卻鮮有報(bào)道。此外，現(xiàn)有的制備過程較為繁瑣，極易導(dǎo)致產(chǎn)物中存在雜相，另外，部分制備方法成本較高，不利于實(shí)際產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模制備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種制備工藝簡單、周期短、操作簡便且安全的方法，利用一步低溫退火的合成方法，成功的制備出fef2納米材料，將其作為鋰離子電池正極時(shí)，具有良好的電化學(xué)性能。

2、本發(fā)明提供的一種鋰電用fef2納米材料的制備方法，它包括以下步驟：

3、a)在長*寬為45*22mm的陶瓷方舟中，先后加入氟化氫銨粉末和乙酰丙酮鐵粉末，然后用另一個(gè)同規(guī)格的空的陶瓷方舟蓋在其上；

4、b)將該陶瓷方舟轉(zhuǎn)移至石英管管式爐中，持續(xù)通入氮?dú)猓馑俾蕿?2sccm，按照3℃/min的升溫速率，從30℃升溫至預(yù)定溫度，保溫處理一段時(shí)間后，隨爐冷卻降至室溫，可獲得fef2納米材料；

5、c)將上述fef2納米材料作為電極材料應(yīng)用于鋰離子電池中。

6、所述步驟a)中氟化氫銨粉末平鋪在陶瓷方舟底部，乙酰丙酮鐵粉末平鋪在氟化氫銨粉末上層；當(dāng)乙酰丙酮鐵粉末加入量為0.8g時(shí)，氟化氫銨粉末的加入量范圍為0.4～0.8g。

7、所述步驟b)中在氮?dú)獾耐馑俾蕿?2sccm的條件下，按照3℃/min的升溫速率升至330℃，保溫處理1～2h。

8、所述步驟c)在鋰離子電池循環(huán)性能測試中，在0.1a/g時(shí)其初始放電比容量可達(dá)716.37mah/g，即使經(jīng)100次循環(huán)后比容量仍有181.17mah/g。

9、該方法與其它制備fef2材料方法相比，極大的簡化了制備工藝，周期短，適合規(guī)模化批量生產(chǎn)；更為重要的是將純相的fef2納米材料用于鋰離子電池時(shí)，具有較高的比容量和循環(huán)性能。

10、采用bruker?advance?d8?x射線粉末衍射儀(cu?kα輻射，2θ＝10-75°)測定所制備材料的結(jié)構(gòu)。采用hitachi?s-4800掃描電子顯微鏡觀察所制備材料的表面形貌。采用電化學(xué)工作站(chi?660e)和新威(neware)電池測試系統(tǒng)進(jìn)行電池性能的測試。

11、由圖1可知，當(dāng)乙酰丙酮鐵粉末加入量為0.8g，氟化氫銨粉末的加入量分別為0.4g(a)、0.6g(b)和0.8g(c)時(shí)，所得到的產(chǎn)物的衍射峰均歸于fef2的衍射峰(jcpds?cardno.45-1062)，并未明顯觀察到其他物質(zhì)的衍射峰，表明氟化氫銨粉末的用量在0.4～0.8g時(shí)，合成的產(chǎn)物為純相的fef2相。由圖2可知，在退火時(shí)間為1h的條件下，當(dāng)退火溫度為330℃(b)時(shí)，所得到的產(chǎn)物只有明顯的fef2的衍射峰；當(dāng)退火溫度為350℃(e)時(shí)，除了有fef2的衍射峰外，明顯存在fe3o4的衍射峰；相反，當(dāng)退火溫度為300℃(d)時(shí)，除了有fef2的衍射峰外，還存在其他物質(zhì)的衍射峰；表明退火溫度在330℃時(shí)，才能制備出純相的fef2材料。由圖3可知，在退火溫度為330℃的條件下，當(dāng)退火時(shí)間分別為1h(b)和2h(f)時(shí)，所得到的產(chǎn)物都只有明顯的fef2的衍射峰，說明在退火溫度為330℃的條件下，退火時(shí)間為1～2h時(shí)，均能夠制備出純相的fef2材料。由圖4可知，在乙酰丙酮鐵和氟化氫銨粉末的加入量分別為0.8g和0.6g時(shí)，經(jīng)過330℃退火處理1h后，所得到的產(chǎn)物為納米顆粒狀，且顆粒粒度大小不一，尺寸約為30～130nm。由圖5可知，fef2納米材料作為鋰離子電池電極材料，在1mv/s掃速下進(jìn)行循環(huán)伏安測試時(shí)，從第二圈起至第四圈循環(huán)曲線基本重合，說明具有穩(wěn)定的電化學(xué)性能。由圖6可知，fef2納米材料在0.1a/g時(shí)，初始放電比容量可達(dá)716.37mah/g，即使經(jīng)100次循環(huán)后比容量仍有181.17mah/g。

技術(shù)特征：

1.一種鋰電用fef2納米材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鋰電用fef2納米材料的制備方法，其特征在于，所述步驟a)中乙酰丙酮鐵粉末加入量為0.8g時(shí)，氟化氫銨粉末的加入量范圍為0.4～0.8g。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鋰電用fef2納米材料的制備方法，其特征在于，所述步驟b)中在氮?dú)獾耐馑俾蕿?2sccm的條件下，按照3℃/min的升溫速率升至330℃，保溫處理1～2h。

技術(shù)總結(jié)
“一種鋰電用FeF<subgt;2</subgt;納米材料的制備方法”屬于鋰離子電池領(lǐng)域，該納米材料為納米顆粒狀。FeF<subgt;2</subgt;納米顆粒采用一步低溫退火處理的方法，以乙酰丙酮鐵為鐵源，氟化氫銨為氟源，經(jīng)低溫?zé)Y(jié)合成了FeF<subgt;2</subgt;納米材料。該材料具有純度高和顆粒粒度大小不一的特性。將其作為鋰電的正極材料，進(jìn)行電化學(xué)性能測試，其初始比容量可達(dá)716.37mAh/g(0.1A/g)，經(jīng)100次循環(huán)后比容量仍有181.17mAh/g。本發(fā)明制備的FeF<subgt;2</subgt;納米電極材料具有比容量高和循環(huán)性能好，且制備方法簡單等特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：陳琛,余長江,羅永松,陸陽,李昱森,張宇寧,徐嘉賀
受保護(hù)的技術(shù)使用者：信陽師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8