一种锂离子电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及新能源材料和电化学技术领域，具体涉及一种锂离子电池。
【背景技术】
[0002] 动力电池是新能源电动汽车的心脏，是新能源电动汽车产业发展的关键，然而目 前已经广泛应用在移动电子产品上的锂离子电池的能量密度，安全性能，倍率性能等仍然 不能满足人们在电动汽车上的使用要求，成为阻碍电动汽车大面积推广的瓶颈。锂离子电 池由正负极材料、隔膜和电解液组成，其中电极材料是电池的核心部分，决定着电池电化学 储锂性能，因此负极电极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能。目前主要的商业化的 锂离子电池负极材料以石墨负极材料为主，其实际比容量已经接近372mAh/g的理论值，其 较低的理论容量制约了锂离子电池的能量密度的提高，因此进一步研发具有高比容量、优 异的循环稳定性及安全性的负极材料已迫在眉睫。
[0003] 金属氧化物作为锂离子电池负极材料具有较高的可逆的理论比容量，如四氧化三 铁具有尚达928mAh/g理论比容量，远尚于石墨的比容量，而且金属氧化物具有成本廉价、原 料丰富、环境友好等特点，是一种有前景的锂离子电池负极材料。然而和其他金属氧化物材 料类似，四氧化三铁具有电导率偏低及充放电循环过程中体积膨胀较大等缺点，导致该类 材料循环性能及倍率性能较差，阻碍了该类材料在锂离子电池领域的实际应用。
[0004] 为了提高四氧化三铁的电化学性能，研究人员对其做了大量的研究，主要有利用 模版法、水热法等合成纳米尺度的具有特殊形貌的四氧化三铁材料。Chen等通过静电纺丝 技术制备了纳米Fe3〇4颗粒负载在C纳米线上的C/Fe3〇4复合材料（Journal of Power Sources，2008,183,717-723); Zhao等人利用溶胶凝胶法及CVD技术制备了C包覆的纳米 Fe3〇4复合颗粒(Journal of Power Sources,2014,259,92-97);Cheng等人利用水热法制备 了？63〇4颗粒负载在石墨稀纳米片间的6奶/^3〇4复合材料（〇16111.]\^^1'.2010,22,5306-5313)。尽管这些方法制备的四氧化三铁都在一定程度上提高了其某方面的电化学性能，然 而，这些制备方法工艺较为复杂，产率低，成本较高，因此发展新的能合成具有优异电化学 性能的四氧化三铁的制备方法很有必要。
【发明内容】
[0005] 针对上述技术问题，本发明提供了一种锂离子电池，其中负极极板为在金属基材 上电化学沉积四氧化三铁的膜材料，该材料直接用以组装锂离子电池，制得的锂离子电池 具有较高的比容量，而且制备方法简单，具有实践意义。
[0006] -种锂离子电池，包括负极极板，所述负极极板为采用电化学沉积方法在金属基 材上沉积四氧化三铁制得的膜材料。
[0007] 本发明将沉积在金属基材上的四氧化三铁直接作为锂离子电池负极，不需要额外 的粘结剂和导电剂，活性物质负载比例高达1〇〇%，研究证明本发明制备的锂离子电池具有 比容量高的优点。该种锂离子电池制备简单，制造成本低，容易实现大规模生产，具有重大 实践意义。
[0008] 所述锂离子电池制备技术原则上可以以本领域已知的制备方法制备。所述锂离子 电池包括正极材料、负极材料、隔膜和电解液。在本发明中，除了本发明的四氧化三铁材料 外，其他材料包括正极材料、电解液、隔膜等没有特别的限制，可以参照本领域现有技术选 择本领域已有的材料。
[0009] 作为优选，所述的金属基材为铜箱或泡沫镍。在实际生产中，绝大部分锂离子电池 采用铜作为负极极板的基材。
[0010]所述负极极板的制备方法包括：
[0011] (1)配制电镀液；
[0012] (2)以金属基材为阴极，碳纸为阳极，铂金属为参比电极进行电化学沉积，获得金 属基材表面沉积四氧化三铁的膜材料；
[0013] (3)将膜材料洗涤，干燥。
[0014] 本发明采用电化学沉积法将四氧化三铁沉积在金属基材表面，该方法制备的四氧 化三铁形貌可控，合成颗粒粒径较小，且分布均匀，赋予锂离子电池良好的电化学性能。该 制备方法具有反应条件温和，操作简单，制造成本低的优点。
[0015] 作为优选，所述电镀液由可溶性铁盐和络合剂溶于水制得，pH值为13~14。进一步 优选地，PH值为14。
[0016] 所述电镀液中铁离子的浓度为0.05~0.5mol/L。
[0017] 铁离子与络合剂的摩尔比不大于1:1。保证铁离子与络合剂充分络合后不会形成 氢氧化铁沉淀，进一步优选地，比值为1:1。
[0018] 所述可溶性铁盐为硫酸铁、硝酸铁或氯化铁中的一种或几种的混合物
[0019] 所述络合剂为三乙醇胺。
[0020] 作为优选，步骤（1)中，所述电镀溶液配置完后搅拌时间2 48h，保证铁离子与三乙 醇胺充分络合至电镀液中无沉淀。
[0021] 本领域技术人员可根据实际需要，选择电化学沉积的时间、温度和电流密度等，沉 积过程可循环重复多次。
[0022] 作为优选，步骤（2)中，电化学沉积的条件为：温度为40~95°C，电流密度为1~ 50mA/cm 2,时间为0.5~20分钟。更进一步优选地，温度范围为60~95°C。采用电流密度为2 ~20mA/cm 2的直流电源。沉积时间为1~5分钟。研究证明，在上述优选的电化学沉积条件 下，活性物质的沉积速率较快，而且得到的四氧化三铁形貌更均一。
[0023] 步骤(3)中，洗涤可用去离子水或者酒精清洗。作为优选，步骤(3)中，干燥的温度 为60~100°C，时间为1~6小时。
[0024] 其中，本发明的关键点在于电镀液中主盐铁离子与络合剂的比例< 1:1，以确保电 镀液均匀无沉淀，从而制备具有较优质量的镀层。同时，电沉积温度、电流密度及时间对薄 膜的形貌等性能也有较大的影响。
[0025]本发明具备的有益效果:本发明通过电沉积方法制备四氧化三铁材料，该方法制 备得到的四氧化三铁材料直接作为锂离子电池负极材料，不需要额外粘结剂、导电剂等，活 性物质材料负载量比例高，制备的锂离子电池具有较高比容量的优点，是一种理想的锂离 子电池用四氧化三铁负极材料的制备方法，具有很重要的意义。本发明锂离子电池制备工 艺简单，成本低廉，易实现大规模生产。
【附图说明】
[0026] 图1为实施例中样品1#的扫描电镜照片。
[0027] 图2为实施例中样品2#的扫描电镜照片。
[0028] 图3为实施例中样品3#的扫描电镜照片。
[0029] 图4为实施例中样品4#的扫描电镜照片。
[0030] 图5为实施例中样