本發(fā)明涉及一種一步法合成納米氟化亞鐵/C正極材料的方法，以及用該方法制備得到的納米氟化亞鐵/C正極材料，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

能源是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的命脈，化石燃料日益枯竭以及嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題使得新能源的存儲(chǔ)與應(yīng)用成為目前重要的研究熱點(diǎn)。作為重要的儲(chǔ)能系統(tǒng)，鋰離子電池，以其高可逆容量、高電壓、高循環(huán)性能和高能量密度等優(yōu)異特性而在新能源技術(shù)領(lǐng)域備受關(guān)注。被稱為2l世紀(jì)的主導(dǎo)化學(xué)電源，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。但鋰離子電池行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，尋找高容量、低成本的新型電極材料是進(jìn)一步降低電池成本、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的有力手段。因此，鋰離子電池新型正、負(fù)極材料的研究是鋰離子電池發(fā)展的關(guān)鍵。金屬氟化物是很有前景的一類高容量新型正極材料。

金屬氟化物不但可以進(jìn)行鋰離子嵌入脫出反應(yīng)，還可以和鋰發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)換反應(yīng)來(lái)貯存能量，其放出的容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)概論上的鋰離子嵌入／脫嵌反應(yīng)。相對(duì)于傳統(tǒng)正極材料（LiCoO ₂ 、LiFePO₄ 等）而言，F(xiàn)eF₂具有較小的相對(duì)分子質(zhì)量，所以其理論比容量較大；較強(qiáng)的 Fe—F 離子鍵使得兩者具有較高的電化學(xué)電勢(shì)，故FeF₂ 具有較高的理論比能量密度。此外，F(xiàn)eF₂資源豐富、成本低廉、環(huán)境友好、熱穩(wěn)定性，故被認(rèn)為是極具研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景的新一代鋰離子電池正極材料。

目前對(duì)FeF₂ 的制備主要是采用傳統(tǒng)的共沉淀法制備得前驅(qū)體，再在氬氣下燒結(jié)獲得，此工藝復(fù)雜，在制備過(guò)程中影響因素較多，并會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，放電比容量為300mA h g^-1左右；本發(fā)明針對(duì)目前的技術(shù)問(wèn)題，提出了一種工藝簡(jiǎn)單、成本低、產(chǎn)物納米氟化亞鐵/C粒度小、均勻、炭緊密包覆氟化亞鐵的工藝方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種一步法合成納米氟化亞鐵/C正極材料的方法，具體包括以下步驟：

（1）將草酸亞鐵和過(guò)量的粉末狀聚四氟乙烯混合均勻，然后置于氬氣環(huán)境下焙燒，快速升溫至500~650℃，保溫為1~3h，焙燒完成后，隨爐冷卻到室溫；

（2）取出產(chǎn)物研磨分散后得到納米氟化亞鐵/C正極材料粉末。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟（1）中草酸亞鐵和聚四氟乙烯的質(zhì)量比為7:3~10:3。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟（2）中焙燒時(shí)升溫速率為7~10℃/ min。

本發(fā)明所述方法制備得到的納米氟化亞鐵/C正極材料粉末進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試：將納米氟化亞鐵/C粉末、乙炔黑、聚偏氟乙烯(PVDF)按質(zhì)量比為 8:1:1 的比例混合研磨組裝成CR2025扣式電池；靜置24h后測(cè)試其充放電性能。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明是直接通過(guò)一步法在氬氣環(huán)境下焙燒，原位合成得到納米氟化亞鐵/C；本發(fā)明所述方法工藝簡(jiǎn)單、成本低；產(chǎn)物納米氟化亞鐵/C具有粒度小、均勻、炭緊密包覆氟化亞鐵等優(yōu)點(diǎn)；焙燒過(guò)程中的保溫時(shí)間較短，保證顆粒均勻細(xì)小,避免其長(zhǎng)大。

納米氟化亞鐵/C正極材料用于制備鋰離子電池,相對(duì)于傳統(tǒng)正極材料（LiCoO ₂ 、LiFePO₄ 等）而言,電化學(xué)性能有所提高。且傳統(tǒng)的共沉淀法制備得的納米氟化亞鐵，放電比容量為300mA h g^-1左右,而一步法合成的納米氟化亞鐵包覆了一層碳層,碳層形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步提高了材料的總體導(dǎo)電性,使電池放電比容量增大。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)例2得到的納米氟化亞鐵/C的XRD圖片。

圖2為本發(fā)明實(shí)例2得到的納米氟化亞鐵/C的透射電鏡圖片。

圖3為本發(fā)明實(shí)例2用納米氟化亞鐵/C制備得到的納米氟化亞鐵/C鋰離子電池的充放電曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。

實(shí)施例1

本實(shí)施例所述用一步法合成納米氟化亞鐵/C的方法，具體包括以下步驟：

（1）按草酸亞鐵和聚四氟乙烯的質(zhì)量比為8:3的比例將草酸亞鐵和粉末狀聚四氟乙烯混合均勻，然后置于氬氣環(huán)境下以8℃/min的升溫速率快速快速升溫至650℃，保溫為2h，焙燒完成后，隨爐冷卻到室溫；

（2）取出產(chǎn)物研磨分散后得到納米氟化亞鐵/C正極材料粉末。

電化學(xué)性能測(cè)試：

① 將在步驟(2)中得到的納米氟化亞鐵/C粉末，和乙炔黑、聚偏氟乙烯(PVDF)按質(zhì)量比為 8:1:1 的比例稱取置于瑪瑙研缽中，滴加適量N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)研磨均勻；將其涂覆在Al箔上，涂覆在Al箔上的厚度為0.15mm，再置于真空干燥箱中90℃干燥24h，然后將極片取出，作為正極。

② 金屬鋰片作為負(fù)極和參比電極，聚丙烯微孔膜為隔膜，以1mol/LiPF₆ +EC/DMC/EMC 為電解液，在充滿氬氣、水分含量低于2ppm的手套箱內(nèi)，組裝成 CR2025不銹鋼扣式電池；靜置24h后測(cè)試其充放電性能。

本實(shí)施例用一步法合成的納米氟化亞鐵/C制備得到的納米氟化亞鐵/C鋰離子電池最大放電比容量為360.774mA hg^-1。

實(shí)施例2

本實(shí)施例所述用一步法合成納米氟化亞鐵/C的方法，具體包括以下步驟：

（1）按草酸亞鐵和聚四氟乙烯的質(zhì)量比為7:3的比例將草酸亞鐵和粉末狀聚四氟乙烯混合均勻，然后置于氬氣環(huán)境下以9℃/min的升溫速率快速快速升溫至550℃，保溫為1h，焙燒完成后，隨爐冷卻到室溫；

（2）取出產(chǎn)物研磨分散后得到納米氟化亞鐵/C正極材料粉末。

電化學(xué)性能測(cè)試：將在步驟（2）中得到的納米氟化亞鐵/C粉末，按照實(shí)例1所述方法組裝成 CR2025扣式電池；靜置24h后測(cè)試其充放電性能。

本實(shí)施例一步法合成得到的納米氟化亞鐵/C的XRD圖片如圖1所示，由圖可以看出合成產(chǎn)物為FeF₂。

本實(shí)施例一步法合成得到的納米氟化亞鐵/C透射電鏡圖片如圖2所示，由圖可以看出納米氟化亞鐵顆粒細(xì)小且均勻，炭緊密包覆氟化亞鐵顆粒。

本實(shí)施例用一步法合成的納米氟化亞鐵/C制備得到的納米氟化亞鐵/C鋰離子電池的充放電曲線如圖3所示，由圖可以看出電池最大放電比容量為427.931mA h g^-1。

實(shí)施例3

本實(shí)施例所述用一步法合成納米氟化亞鐵/C的方法，具體包括以下步驟：

（1）按草酸亞鐵和聚四氟乙烯的質(zhì)量比為10:3的比例將草酸亞鐵和粉末狀聚四氟乙烯混合均勻，然后置于氬氣環(huán)境下以7℃/min的升溫速率快速快速升溫至500℃，保溫為1.5h，焙燒完成后，隨爐冷卻到室溫；

（2）取出產(chǎn)物研磨分散后得到納米氟化亞鐵/C正極材料粉末。

電化學(xué)性能測(cè)試：將在步驟（2）中得到的納米氟化亞鐵/C粉末，按照實(shí)例1所述方法組裝成 CR2025扣式電池；靜置24h后測(cè)試其充放電性能。

本實(shí)施例用一步法合成的納米氟化亞鐵/C制備得到的納米氟化亞鐵/C鋰離子電池最大放電比容量為351.851mA h g^-1。

實(shí)施例4

本實(shí)施例所述用一步法合成納米氟化亞鐵/C的方法，具體包括以下步驟：

（1）按草酸亞鐵和聚四氟乙烯的質(zhì)量比為10:2.78的化學(xué)計(jì)量比將草酸亞鐵和粉末狀聚四氟乙烯混合均勻，然后置于氬氣環(huán)境下以8℃/min的升溫速率快速快速升溫至550℃，保溫為1h，焙燒完成后，隨爐冷卻到室溫；

（2）取出產(chǎn)物研磨分散后得到納米氟化亞鐵/C正極材料粉末。

電化學(xué)性能測(cè)試：將在步驟（2）中得到的納米氟化亞鐵/C粉末，按照實(shí)例1所述方法組裝成 CR2025扣式電池；靜置24h后測(cè)試其充放電性能。

本實(shí)施例用一步法合成的納米氟化亞鐵/C制備得到的納米氟化亞鐵/C鋰離子電池最大放電比容量為270.662mA h g^-1。

聚四氟乙烯的含量對(duì)產(chǎn)物納米氟化亞鐵/C有一定的影響，按化學(xué)計(jì)量比配制的草酸亞鐵和聚四氟乙烯相對(duì)于聚四氟乙烯過(guò)量的配比而言，產(chǎn)物中的雜質(zhì)較多，導(dǎo)致其電池的充放電性能較差。