氧化铁基锂离子电池负极材料研究进展.docx

第 ３０卷 第 ５期２０１４年 １０月 （自 然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｂｅｉＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ （ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．２０１４氧化铁基锂离子电池负极材料研究进展田嘉铭，王静，杨金萍，赵清清（河北联合大学材料学院河北省重点实验室 ，河北 唐山 ０６３００９）摘要：铁氧化物负极材料具有理论容量高、放电平台低、合成方法简单、对环境友好等特点，受到研究者 的关注。综述了铁氧化物负极材料在锂离子电池中的应用、制备方法等方面的最新研究进展，介绍了提高铁氧 化物材料电化学性能的方式，提出铁氧化物负极材料可望提高锂离子电池的综合性能。关键词：锂离子电池；负极材料；氧化铁中图分类号：ＴＱ１５２文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－１４９２．２０１４．０５．００４ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＩｒｏｎＯｘｉｄｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅ ＡｎｏｄｅＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒＬｉ－ｉｏｎＢａｔｔｅｒｙ ＴＩＡＮＪｉａ－ｍｉｎｇ，ＷＡＮＧＪｉｎｇ，ＹＡＮＧＪｉｎ－ｐｉｎｇ，ＺＨＡＯ Ｑｉｎｇ－ｑｉｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｏｒｇａｎｉｃ Ｎｏｎｍｅｔａｌｌｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｔｅｄＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｎｇｓｈａｎ，Ｈｅｂｅｉ０６３００９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｐａｉｄｔｏｔｈｅｉｒｏｎｏｘｉｄｅａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｙ ｄｕｅｔｏｔｈｅｉｒｓｐｅｃｉａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｓｕｃｈａｓｈｉｇｈｅｒｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｐａｃｉｔｙ，ｌｏｗ ｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｏｔｅｎｔｉａｌ，ｓｉｍｐｌｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｆｒｉｅｎｄｌｙｔｏｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｒｅｃｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓ ｗａｓｒｅｖｉｅｗｅｄｏｎｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｉｒｏｎｏｘｉｄｅａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｉｒｏｎｏｘｉｄｅａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｉｓｈｏｐｅｆｕｌｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｇｅｎ－ ｅｒａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｙｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌｉ－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ；ａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｉｒｏｎｏｘｉｄｅ锂离子电池是电动汽车和混合动力汽车动力电源的最佳选择，而商业化的碳材料作为电动汽车和混合 动力汽车用锂离子电池负极材料具有明显的缺点：比容量较低、大电流充放电性能差以及较差的过充性能 等［１，２］。因此，找到一种比碳负极电位稍高 、比容量较大且安全可靠的新型锂离子电池负极材料是锂离子 电池能否成功作为动力能源应用于电动汽车 （ＥＶ） 和混合动力汽车 （ＨＥＶ） 的关键因素之一。Ｐ．Ｐｏｉｚｏｔ等报道了以其它过 渡金属氧化物 ＦｅＯ、ＣｏＯ、 ＭｏＯ、Ｃｕ２Ｏ 等作为锂离子电池的负极材料 具有出色的电化学性质，是很有前途的锂离子电池电极材料，并提出了与锂离子电池传统机理完全不同的 全新机理［３］。 其机理与传统的锂插 入／脱 锂或形成锂合金机理均不一样， 在锂插入过程中，Ｌｉ与 ＭＯ 发生 氧化还原反应，生成 Ｌｉ２Ｏ；在脱锂过程中，Ｌｉ２Ｏ 与 Ｍ 能够再生成 Ｌｉ和 ＭＯ，该过程示意如下式 ：ＭＯ＋２Ｌｉ＋ Ｌｉ２Ｏ＋Ｍ＋ （Ｍ 为 Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ）过渡金属氧化物中，氧化铁相比 ＣｏＯ、ＭｏＯ、Ｃｕ２Ｏ 而言，原料价格低、制备方法简单易行、 理论比 容量较高 （８００～１０００－１ ｍＡｈ·ｇ－１）［４］，而 且铁氧化物对环境无污染， 属于环境友好型材料， 因此， 铁氧 化物的市场前景较好，作为锂离子电池负极材料具有较高的研究价值。本文分别对铁氧化物材料及其制备方法进行了总结，并对进一步提高氧化铁基负极材料电化学性能的 研究趋势进行了展望。来稿日期 ：２０１４－０９－２２基金项目： 河北省自然科学基金 （Ｅ２０１２４０１００３）； 河北省高等学校科学技术研究项目 （Ｚ作者简介： 田嘉铭（１９７０－）， 男， 河北赞皇人， 工程师， 河北联合大学２０１２级 工程硕士。 通讯作者： 王静（１９７２－）， 女， 河北保定人， 副教授， 从事电化学研究。· １３·