[发明专利]一种高性能过渡金属氧化物负极材料及电池的组装方法

说明书

本发明公开了一种高性能过渡金属氧化物负极材料，所述过渡金属氧化物负极材料的制备方法如下：步骤一，过渡金属氧化物的制备：步骤二，碳材料的预处理：步骤三，过渡金属氧化物/碳材料复合物的制备：一种电池的组装方法，包括以下步骤：①电极的制备，②电池的组装。本发明过渡金属氧化物负极材料制备方法简单，方便操作；采用过渡金属氧化物/碳材料复合物作为负极材料，并装配成锂离子电池，制备的锂离子电池具有优异的循环性能和较高的放电比容量。

技术领域

本发明涉及电池负极材料的制备技术领域，尤其是一种高性能过渡金属氧化物负极材料及电池的组装方法。

背景技术

随着社会的发展，能源和环境问题变得日益严峻，逐渐变成制约一个国家经济发展的重要因素。传统的化石燃料的使用，容易造成全球环境变化，引发温室效应。各种清洁能源如太阳能、风能、水力发电等在一定程度上缓解了人类社会对化石燃料的依赖。因此，开发更加高效、绿色的能源以及新型储能设备也迫在眉睫。与传统铅酸、镍铬、镍氢等二次电池相比，锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、绿色无污染、低自放电率且环保无记忆效应等优点。随着石油天然气等不可再生资源日益枯竭，环境的日益恶化，新能源战略的实施已是大势所趋。研制并开发出安全、高性能的锂离子电池已经成为二次能源研究开发领域的热点之一。

近些年，锂离子电池在纯电动汽车、混合动力电动汽车和储能领域亦开始展现出诱人的潜力。众多厂商纷纷推出了基于锂离子电池技术的绿色能源汽车，并获得了社会的广泛关注，锂离子电池技术的飞速发展，除了具备优良的性能外，还顺应了现代科技对电池小型化、高能化的要求，同时还顺应了时代对于绿色和环保的要求。

锂是金属中原子量最小、密度最轻、电化学储锂容量最高和电极电位最负。最早产业化的锂电池有Li/SO₂，Li/SOCl₂，Li/SO₂Cl₂，以及Li/MnO₂等多种类型，均以金属锂及其合金为负极的锂一次电池体系。被应用于医疗器械电源、通信设备、计算机和液晶显示器等领域。锂二次电池因为安全性较差没有成功推广，人们通过研究发现：在充电过程中，因为电极材料表面的不平整导致电位分布不均匀，造成金属锂在电极表面不均匀沉积，从而形成了大量的锂枝晶。部分锂枝晶易发生折断，使电池着火甚至于发生爆炸。

石墨具有良好的层状晶体结构，层与层之间通过范德华力结合，锂在石墨汇总的脱嵌反应主要繁盛在0～0.25V之间，嵌锂后Li进入层状结构形成LiC₆，造成层间距变化约为9％，石墨的充放电电压平台较低，与正极材料匹配组成的电池平均输出电压较高。合金负极材料，当对锂电位在0.1～1V之间时，许多金属能够和Li发生电化学反应并形成可逆的合金相，硅基和锡基负极材料因其体积比容量和质量比能量远高于石墨负极材料而受到人们的追捧。然而，它们面临的最大挑战就是在充放电过程中活性物质存在巨大的体积变化、粉化脱落现象而导致容量衰退。过渡磷化物：过渡族金属磷化物在嵌锂后通过转化反应形成金属锂和相Li₃P。这一系列反应相当于以磷分子为中心发生氧化还原反应，过渡族磷化物因其比容量高和电化学性质较好而受到人们的关注。现有的锂离子电池碳负极材料表面在有机电解液中容易钝化形成钝化层，从而引起初始容量的不可逆损失；碳电极的电位与金属锂的电位很接近，当电池过充电时，碳电极表面易析出金属锂，从而可能引起短路；在高温下，碳负极上的保护层可能分解而导致电池着火。因此，制备性能更好的可替代碳负极材料仍是锂离子电池研究重要的课题。

发明内容

为了克服现有技术中所存在的缺陷，本发明提供一种高性能过渡金属氧化物负极材料及电池的组装方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高性能过渡金属氧化物负极材料，所述过渡金属氧化物负极材料的制备方法如下：

步骤一，过渡金属氧化物的制备：