[发明专利]一种锂离子电池钼碳复合负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电极负极材料的制备方法，尤其涉及一种锂离子电池钼碳复合负极材料及其制备方法。

背景技术

电子电器小型化、高能化、便携化的趋势，空间技术的发展和国防装备的需求以及电动汽车的研制和开发，对锂离子电池的性能有更高的要求。而锂离子电池性能的改善主要取决于嵌锂电极材料能量密度和循环寿命的提高。

商业上广泛应用的石墨类碳负极材料存在着一些弊端：碳电极的电位与金属锂的电位很接近（100 mV vs. Li⁺/Li），表面易析出金属锂形成枝晶，存在安全隐患；首次放电过程中与电解液反应生成SEI膜，首次库仑效率低；锂离子反复脱嵌过程中，材料结构受到破坏导致比容量衰减，降低了其循环使用寿命；最重要的是它的理论比容量很低，只有372 mAh/g。

于是，新型负极材料已经成为当前关注的焦点。相比较嵌入式反应（石墨材料），基于转换反应的金属氧化物基负极材料具有高的锂离子存储理论比容量，但由于其大的体积效应、低的电导率等原因，作为锂离子电池负极材料往往表现为循环性能和倍率性能差，故而限制了其商业化应用。

二氧化钼因其具有高理论比容量（838mAhg^-1）、高压实密度（6.5g cm^-3）、高导电率而被广泛研究。MoO₂作为锂离子电池负极材料，有很大的应用前景，但是它也存在一定缺点：它的电子电导和离子电导较差。

发明内容

为克服上述问题，本发明提供一种锂离子电池钼碳复合负极材料的制备方法，使用该方法制备的复合负极材料用于锂离子电池时，在具有较大的比容量的同时，结构稳定，导电性能好，循环性稳定性高。

为了实现上述目的，本发明提供的一种锂离子电池钼碳复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，制备高比表面碳

将重量比为1∶(2-4)的聚丙烯腈和无水碳酸钠混合均匀，加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，搅拌2-3h，减压蒸馏除去溶剂，得到固态混合物，将上述固态混合物在惰性气体保护下，进行焙烧；

步骤2，制备钼氧化物纳米材料

将钼酸铵(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O作为钼源，溶解在去离子水中，搅拌均匀，制成澄清透明的钼酸铵溶液，其中钼的加入量在0.2-0.8 mol/L；

按质量份，将1-2份聚乙烯醇加入到10-15份蒸馏水中，加热到85-100℃后保温3-4h，冷却至室温得到澄清透明的聚乙烯醇水溶液；

将5-10份钼酸铵溶液加入到配制好的聚乙烯醇水溶液中，70-80℃保温6-7h，至室温得到钼氧化物前驱体溶胶；

将得到的前驱体溶胶注入电纺机的喷头，以导电基片为接收电极，采用15-20kV的加速电压制备出由钼氧化物与聚乙烯醇复合的纳米线，得到的纳米线在500-550℃保温2-4h，冷却至室温，得到钼氧化物纳米材料； 

步骤3，制备钼氧化物纳米/碳复合材料

将钼氧化物纳米材料与质量浓度为30%的双氧水混合，剧烈反应后形成钼氧化物溶胶，其中：钼氧化物与双氧水的质量体积比为1∶15-1∶40(g/ml)；

将上述高比表面碳加入到所述钼氧化物溶胶中充分搅拌，直至形成胶状悬浊液；

将胶状悬浊液经过1-2天水热反应，即得钼氧化物纳米/碳复合材料。 

其中，步骤1中所述焙烧，其升温程序为：先在120-160℃保持2-3h，升温速率3-5℃/min，再升温到800-850℃并保持1-2h，升温速率为8-10℃/min，焙烧所得样品先用水冲洗至pH值呈中性，45-50℃下干燥。

其中，所述焙烧样品用水洗后，还用乙醇清洗，然后45-50℃下干燥。

其中，所述导电基片优选为铜箔导电基片。

其中，所述水热反应温度优选为100~300℃。

本发明还提供了一种上述方法制备的锂离子电池钼碳复合负极材料。

本发明制备的钼碳复合材料，通过将钼氧化物纳米材料均匀分布在高比表面碳内外，使得复合材料的结构稳定且分散均匀，因此在具备高的能量密度之外，还具有稳定的循环性能，用作锂离子电池负极材料时，比容量高，循环性能好，使用寿命长。

具体实施方式

实施例一

制备高比表面碳