[发明专利]一种过渡金属氧化物/碳纳米管多孔复合负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种过渡金属氧化物/碳纳米管多孔复合负极材料的制备方法，包括碳纳米管的功能化、过渡金属氧化物/碳纳米管前驱体的制备、过渡金属氧化物/碳纳米管多孔复合负极材料的制备等步骤。本发明通过过渡金属氧化物与导电性好的碳纳米管复合形成碳纳米管内嵌过渡金属氧化物的空心球结构，形成三维的导电网络，充分利用过渡金属氧化物的高比容量和碳纳米管的优异导电性，得到高倍率、循环稳定性好的负极材料。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种过渡金属氧化物/碳纳米管多孔复合负极材料的制备方法。

背景技术

碳纳米管（CNTs）具有特殊的中空网状结构并且以C-C共价键结合而成，而C-C共价键多数采用sp2杂化，具有优越的力学性能，同时CNTs具有尺寸小、比表面积大、导电性好的优点。并且，相比于石墨，锂离子不仅可以嵌入管内，还可以嵌入管间隙，具有更多的嵌锂位。

过渡金属氧化物的比容量远高于石墨材料，且价格低廉、对环境无污染、具有更高的安全性。但是，这种材料也存在极大的缺点：首先，在充放电过程中产生剧烈的体积膨胀，导致金属氧化物粉化，部分电极材料从集流体上脱落，电池容量迅速下降，电池的循环稳定性很差；其次，过渡金属氧化物的电子导电性普遍很差，在充放电过程中电极的极化严重，电池的倍率性能很差，在大电流下充放电容量急剧衰减，这两个缺点极大地限制了过渡金属氧化物负极材料的商业化。

发明内容

为提高过渡金属氧化物的循环稳定性能与倍率性能，本发明提供一种过渡金属氧化物/碳纳米管多孔复合负极材料的制备方法，采用技术方案如下：

一种过渡金属氧化物/碳纳米管多孔复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）碳纳米管的功能化：首先，将碳纳米管在强酸中分散；然后，加热，加入表面活性剂搅拌、冷凝、回流，再稀释，然后冷却至室温离心洗涤至中性后保存；

（2）过渡金属氧化物/碳纳米管前驱体的制备：将过渡金属酸盐搅拌溶解，再加入功能化后的CNTs，然后在超声波清洗机中边超声边滴加沉淀剂反应，待反应完成后过滤洗涤，再干燥得到过渡金属氧化物/碳纳米管前驱体；

（3）过渡金属氧化物/碳纳米管多孔复合负极材料的制备：将步骤（2）中得到的过渡金属氧化物/碳纳米管前驱体研磨后置于保护气中，加热，反应得到过渡金属氧化物/碳纳米管多孔复合负极材料。

优选地，步骤（1）中碳纳米管在强酸中分散的方法为：将碳纳米管分散在强酸中，使用超声波均化器分散30分钟；步骤（1）中加热，加入表面活性剂搅拌、冷凝、回流，再稀释的具体方法为：将分散好的材料在20-200℃下加入表面活性剂，剧烈搅拌冷凝回流1-48h后停止加热，加入去离子水稀释。

优选地，所述强酸为浓硫酸、浓硝酸、浓盐酸中的任意一种或多种。

优选地，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、聚乙二醇、烷基糖苷、椰油酸二乙醇酰胺、十二烷基苯磺酸钠中的任意一种或多种。

优选地，步骤（1）中保存的方法为：将功能化后的CNTs按以一定浓度均匀分散在去离子水中保存。

优选地，步骤（2）中的过渡金属酸盐为氯化镍、硝酸镍、硫酸镍、氯化钴、氯化铜、氯化铁中的任意一种或多种。

优选地，步骤（2）中的沉淀剂为草酸铵、碳酸钠、碳酸氢钠、尿素中的一种或几种。

优选地，步骤（2）中过渡金属酸盐与碳纳米管的重量比为1:0.01-1:100。

优选地，步骤（3）中保护气为氩气、氮气、空气中的一种或几种。

优选地，步骤（3）加热的温度为200-500℃，加热时间为1-6h。

本发明的有益效果：