CN105845887B - 固相合成锂离子电池负极材料γ-LiFeO2 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固相合成锂离子电池负极材料γ‑LiFeO2，提供了合成锂离子电池负极材料γ‑LiFeO2的方法，以Li2CO3和Fe2O3为原料，质量比例为1:1，混合均匀后压片，放入马弗炉中并在550–650℃煅烧48小时，获得γ‑LiFeO2。还提供使用γ‑LiFeO2合成锂离子电池负极材料电池的方法，及γ‑LiFeO2的作为合成锂离子电池负极材料的用途。本发明将γ‑LiFeO2作为锂离子电池负极活性材料组装电池，并测试它的电化学性能。

Description

固相合成锂离子电池负极材料γ-LiFeO2
技术领域
本发明属于锂离子电池材料领域，涉及一种新型负极材料γ-LiFeO2。本发明还涉及γ-LiFeO2的合成方法。
背景技术
能源问题目前成为全球的主要问题之一，而储能电池在当今的生活中也扮演着越来越重要的作用。锂离子电池、超级电容器、蓄电池、燃料电池等也得到了人们的广泛关注以及迅速发展。锂离子电池作为一种储能器件已得到广泛的应用，基本上已在便携式电子产品上普及，如手机和笔记本电脑。锂离子电池目前被深入研究其在电动汽车和输电网上的应用，但由于其能量密度还没有突破性的进展，还无法大规模产业化。因此，研究新型的锂离子电池电极材料，仍然具有重要的意义。
众所周知，Fe的价格便宜且无毒，研究如LiFeO2用作锂离子电池负极材料很有意义。实际上，LiFeO2是一种高能环保的锂离子电池电极材料，它具有工作电压范围宽、绿色环保、能量密度高、质量轻、成本低廉等优点。目前在所有结构类型的LiFeO2材料中，层状结构的LiFeO2，常用作正极材料；α和β相的LiFeO2也有电化学性能的研究，但比较少。而γ相的LiFeO2还未见电化学性能方面的报道。循环伏安测试表明γ-LiFeO2在1V以下有还原峰，因此它更适合用做负极材料。
发明内容
本发明研究γ-LiFeO2的合成并首次研究它用作锂离子电池负极材料的电化学性能。
本发明的第一个目的是提供一种合成锂离子电池负极材料γ-LiFeO2的方法，一种合成锂离子电池负极材料γ-LiFeO2的方法，以Li2CO3和Fe2O3为原料，混合均匀后压片，放入马弗炉中煅烧，获得γ-LiFeO2。
获得的γ-LiFeO2为400纳米左右的立方块。
其中，原料Li2CO3和Fe2O3的比例为1：1。
其中，煅烧温度为550–650度，煅烧时间为12小时。
所述的γ-LiFeO2用作锂离子电池负极材料。
本发明的第二个目的是提供使用γ-LiFeO2合成锂离子电池负极材料电池的方法，以γ-LiFeO2作为活性材料，炭黑作为导电剂，PVDF作为粘结剂，三种物质的比例为7:2:1，磁力搅拌8个小时，利用涂布机将浆料均匀涂布在铜箔上，80℃保温8小时。干燥后切成γ-LiFeO2电极片，然后120℃真空干燥12小时，在手套箱中组装电池。
本发明的第三个目的是提供γ-LiFeO2的作为合成锂离子电池负极材料的应用。
使用γ-LiFeO2合成的锂离子电池负极材料电池在0.1C电流密度下，在30圈放电之后，γ-LiFeO2的充放电容量趋于稳定在600mAh/g-620mAh/g；在第50圈时，其放电容量还稳定在600mAh/g-620mAh/g，还有75％-80％的容量保留，证明γ-LiFeO2在充放电时，没有多余的热量散发，电池的稳定性较好。
本发明与现有技术相比具有以下显著特点：
(1)合成方法简单，可一步大量合成纯相样品。固相合成方法有利于材料的规模化生产。
(2)本发明将γ-LiFeO2作为锂离子电池负极活性材料组装电池，并测试它的电化学性能。目前，还未有人研究γ-LiFeO2的电化学性能。
(3)本发明所使用的材料环境友好，不会造成对环境的污染问题，易于在工业上推广应用。
附图说明
图1是γ-LiFeO2的粉末X射线衍射图，上面红色谱图为实验数据，下面黑色谱图为根据γ-LiFeO2的晶体结构数据模拟出的理论数据。
图2是γ-LiFeO2的扫描电子显微镜照片。
图3是γ-LiFeO2的透射电子显微镜照片。
图4是γ-LiFeO2为负极材料时的放电容量测试数据。
图5是γ-LiFeO2为负极材料时的循环性能及库伦效率测试数据。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
称取总质量为500mg的Li2CO3(99％)和Fe2O3(99.9％)摩尔比为1:1的样品，在玛瑙研钵中研磨30分钟，使两种原料混合均匀。使用压片机将原料压片，放进坩埚中转移到马弗炉中程序控温。4小时内从室温加热到550–650℃，保温12小时，停止程序，直接从马弗炉中取出坩埚，自然冷却至室温，得到纯相的γ-LiFeO2。产物特性：
图1是采用本发明方法对应实施例中固相反应产物的XRD图，上面红色谱图为实验数据，下面黑色谱图为根据γ-LiFeO2的晶体结构数据模拟出的理论数据。可以看出产物为纯的γ-LiFeO2。
图2是采用本发明方法对应实施例中固相反应产物的SEM图，可以看出产物为立方块状，尺寸在400nm左右。
图3是采用本发明方法对应实施例1中固相反应产物的TEM图。
图4、图5是采用本发明方法对应实施例中固相反应产物γ-LiFeO2用作锂离子电池负极材料时的电化学数据。
图4为该物质作为负极材料时，在0.1C电流密度下，首次放电容量可达1055mAh/g，第二圈放电容量为765mAh/g，第三圈放电容量为729mAh/g。
图5为γ-LiFeO2的50圈循环性能及库伦效率。从图中可以看出，在30圈之后，γ-LiFeO2的充放电容量趋于稳定，一直稳定在610mAh/g左右。在第50圈时，其放电容量还有611mAh/g，还有79.8％的容量保留。从库伦效率可以看出，这种物质的充放电效率一直在100％左右，证明γ-LiFeO2在充放电时，没有多余的热量散发，电池的稳定性较好。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (2)

1.使用γ-LiFeO2作为电池负极材料制备 锂离子电池的方法，其特征在于：
（1）以Li2CO3和Fe2O3为原料，原料Li2CO3和Fe2O3的摩尔比为1：1，混合均匀后压片，放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为550–650度，煅烧时间为12小时，获得γ-LiFeO2；获得的γ-LiFeO2为400 纳米的立方块；将其用作锂离子电池负极材料；
（2）以获得的γ-LiFeO2作为活性材料，炭黑作为导电剂，PVDF作为粘结剂，三种物质的质量比例为7:2:1，磁力搅拌8个小时，利用涂布机将浆料均匀涂布在铜箔上，80 ℃保温8小时；干燥后切成γ-LiFeO2电极片，然后120 ℃真空干燥12小时，在手套箱中组装电池。
2.根据权利要求1所述的使用γ-LiFeO2作为电池负极材料制备 锂离子电池的方法，其特征在于：使用γ-LiFeO2合成的锂离子电池负极材料电池在0.1C电流密度下，在30圈放电之后，γ-LiFeO2的充放电容量趋于稳定在600 mAh/g-620 mAh/g；在第50圈时，其放电容量还稳定在600 mAh/g-620 mAh/g。
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