[发明专利]一种高比容量锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体地，本发明涉及一种高比容量锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

随着全球性能源危机的日益加重，锂离子电池作为新兴的二次电池，已经广泛应用到各种便携式电子设备、电动车和混合动力汽车及各种储能装置中，并且上述应用领域对锂离子电池的电极材料提出了更高的要求，其中，负极材料是锂离子电池的关键材料之一。

目前，应用最多的负极材料是石墨类负极材料，主要是由于石墨的电压平台低，比容量较高，而且导电性良好，无电压滞后现象。但是其主要缺点是：①电池过冲时，由于其电位和锂的电位接近，金属锂容易在其电极表面析出，从而引发安全问题。②当电池过放或反极时，由于负极电位的上升容易导致铜箔集流体的氧化溶解，以及SEI膜的破坏，从而使电池的电化学性能变差。③该类电极释放能量的速度比较慢，所以其大电流放电特性较差。近年来，具有尖晶石结构的AB₂O₄型过渡金属氧化物用作锂离子电池负极材料的研究受到人们的热切关注，如，AMn₂O₄（F.M.Courtel,H.Duncan,Y.Abu-Lebdeh,I.J.Dabidson,J.Mater.Chem.21,2011:10206)）、AFe₂O₄(Y.Ding,Y.Yang,H.Shao,Electrochim.Acta56,2011:9433)、ACo₂O₄(①Y.Qiu,S.Yang,H.Deng,L.Jin,W.Li,J.Mater.Chem.20,2010:4439②N.Du,Y.Xu,H.Zhang,J.Yu,C.Zhai,D.Yang,Inorg.Chem.50,2011:3320)，其中，AMn₂O₄型过渡金属氧化物，特别是ZnMn₂O₄，是最有应用前景的锂离子电池负极材料，原因是锌和锰的氧化电压分别是1.2V和1.5V，与钴、镍、铜等氧化物相比，较低的氧化电压可以大幅度增加电池的输出电压，而且锌和锰资源丰富，价格低廉，对环境友好。

CN102010010A公开一种锂离子电池负极材料ZnMn₂O₄的制备方法，其利用单分子前驱体[ZnMn₂(C₆H₅O₇)₂]·8H₂O热分解制备粒径为100-200纳米的亚微米级片状ZnMn₂O₄，该材料纯度高，团聚后形成孔洞结构。但是该负极材料的制备过程中，需要在500～800℃进行高温煅烧，因此能耗较高。

CN101274779A公开了一种纳米储锂材料ZnMn₂O₄，该材料作为锂离子电池负极材料，属于高能电池技术领域。其特征在于：采用聚合热解的方法制得的粒径为30~60nm的纳米材料ZnMn₂O₄纯度高，颗粒分散性好。但是该负极材料的制备过程中，需要500～700℃进行高温煅烧6～8h，并且得到的ZnMn₂O₄的电化学稳定性有待进一步考察。

因此，开发一种电化学性能优异，制备工艺简单，且成本低的锂离子电池ZnMn₂O₄负极材料是所属领域的技术难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种锂离子电池负极材料，其具有比容量高，成本低，制备工艺简单，与环境相容性好的特点。

所述锂离子电池负极材料含有锰酸锌（即ZnMn₂O₄）和氧化石墨烯。

特别优选，所述锂离子电池负极材料为锰酸锌（即ZnMn₂O₄）和氧化石墨烯组成的复合负极材料。