[发明专利]一种锂离子电池复合负极材料的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池复合负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池以其高可逆容量、高能量密度、长循环寿命、无记忆效应以及绿色环保等优点，已经被广泛应用于手机、DV、MP5、相机和笔记本电脑等小型数码产品中。随着动力电池市场的发展，锂离子电池将需要具备更高的能量密度、功率密度和安全性能，这就对电极材料提出了更高的要求与挑战。

因碳材料具有较好的充放电平台、低廉的价格、广泛的来源，目前商业化的锂离子电池负极材料以该类材料为主，但这种材料比容量较低（理论比容量只有372mAh/g），并且安全性能较差，已不能够满足日益增长的社会能源需求。近年来，过渡金属氧化物负极材料（如Fe₂O₃、FeO、Fe₃O₄、NiO、CuO、Co₃O₄、CoO、MnO₂、CeO₂等）由于具有较高的理论比容量和较好的安全性能，受到了人们的广泛关注。以铁系氧化物负极材料为例，Fe₂O₃、FeO、Fe₃O₄的理论比容量分别可以达到1005mAh/g、744mAh/g、926mAh/g，如此高的比容量对于提高动力电池的能量密度意义重大。但过渡金属氧化物在嵌脱锂过程中，由于存在较大的体积变化而导致电极材料的粉化，以及本身导电性能较差等因素，使部分活性物质在循环过程中失去有效电接触，从而使其循环性能变差。因此，对该类材料的改性方向主要集中在能够保持其高容量特性的同时提高其循环稳定性。

目前常用的改性方法主要有纳米化处理，或与具有能限制其体积膨胀作用的材料形成复合电极材料，其中与碳材料的复合是一种行之有效的改善方法，例如通过溶胶凝胶法、微乳液法、水解法、水热法、化学沉淀法等合成Fe₂O₃-碳复合材料、Fe₂O₃-碳纳米级复合材料、Fe₂O₃-石墨烯复合材料等，但在这些合成过程时常存在费力耗时、操作步骤复杂、材料成本高等问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种锂离子电池复合负极材料的制备方法，该制备方法工艺简单，成本低廉。

本发明的技术方案是：一种锂离子电池复合负极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将过渡金属盐溶于去离子水中形成过渡金属盐溶液，然后加入分散剂，搅拌均匀形成混合溶液；（2）将干燥的碳纳米管置于烧瓶中，搅拌并水浴加热至40-100℃，抽真空，真空度为-0.15-0.05MPa，然后将步骤（1）形成的混合溶液注入，搅拌均匀后于80-130℃的温度下干燥形成中间产物复合材料；（3）在保护气的作用下，将步骤（2）制得的中间产物复合材料从室温升至200℃，恒温0.5-4h后，再升温至200-850℃，恒温1-24h后，冷却至室温，制得过渡金属氧化物-碳纳米管复合负极材料。

本发明所述的过渡金属盐为硝酸铁、氯化铁、柠檬酸铁、柠檬酸铁铵、硫酸铁、醋酸铁、硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、醋酸镍、硝酸铜、氯化铜、硫酸铜、醋酸铜、硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、醋酸钴、硝酸锰、氯化锰、硫酸锰、醋酸锰、硝酸铈、硝酸铈铵、氯化铈、硫酸铈、硫酸铈铵或醋酸铈中的一种或多种。

本发明所述的过渡金属盐溶液中过渡金属盐的摩尔浓度≥0.1mol/L。

本发明所述的分散剂为聚乙二醇、乙醇、聚丙烯酸、异丙醇或聚乙烯醇中的一种或多种，其中固体分散剂先配成质量浓度为5%的溶液，所使用的固体分散剂溶液或液体分散剂或固体分散剂溶液与液体分散剂的混合溶液的总体积为过渡金属盐溶液体积的5%。

本发明所述的碳纳米管为未经酸化处理的、经由酸化处理的、不同内径或不同长度的单壁碳纳米管的任意一种或多种的混合；或者未经酸化处理的、经由酸化处理的、不同内径或不同长度的多壁碳纳米管的任意一种或多种的混合；或者上述涉及的单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的任意多种的混合。

本发明所述的碳纳米管和过渡金属盐的物质的量之比为72:1-4:3。

本发明所述的保护气为氮气或氩气，流速为0.5-2.0L/min。