[发明专利]一种复合负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种复合负极材料及其制备方法和应用，将金属盐、葡萄糖和氯化钠加入水中完全溶解后，得到混合溶液；将所述混合溶液微波快速蒸干，得到混合物；将所述混合物在绝氧条件中进行煅烧，制得多孔碳纳米片支撑的金属氧化物。该复合负极材料的制备方法可实现对碳纳米片厚度的调控和金属氧化物纳米颗粒的生长限制，从而拓展了其在锂离子电池领域的应用。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种复合负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池作为一种新型高能量电池，设计高性能的负极材料是提高电池性能的关键因素之一。由于商业化的石墨负极材料的克容量已经接近372mAh·g^-1，容量提升的空间相对较小，因此探索新型高比容量、高可逆容量和长寿命的负极材料是迫切的。自从文献报道金属氧化物可作为锂离子电池负极材料后，便逐渐引起人们的重视。

结构对于锂离子电池负极材料的性能具有重要的影响，按结构分类近年来被探索当作锂离子电池负极材料的金属氧化物(Sn、Co、Ni、Cu、Mo、Mn的氧化物)材料主要包括：低维度金属氧化物负极材料、微/纳米尺度金属氧化物负极材料、多孔结构金属氧化物负极材料。在制备碳纳米片复合金属氧化物时，一般使用的水热、溶胶凝胶等方法具有能耗高、产量低的缺点。目前已经很多研究者使用模板法制备出多孔碳与金属氧化物复合的材料，由于多孔碳的特殊的锂离子通道和优异的导电性，可有效的提高金属氧化物负极的倍率和循环性能，现有工艺中制备多孔碳包覆金属氧化物的技术方案主要是采用常规干燥发方式如烘箱干燥，这样容易导致金属盐颗粒的团聚，并且无法调控多孔纳米片的厚度，且金属氧化物颗粒生长较大，在应用于功率型锂离子电池中存在很大的限制。

发明内容

有鉴于此，本发明有必要提供一种复合负极材料及其制备方法和应用，该制备方法利用NaCl作模板，充分调控好金属盐、葡萄糖、NaCl之间的比例，并采用微波快速蒸干工艺，使得金属盐和葡萄糖在单个NaCl自组装体中不连续分布，同时NaCl模板将限制纳米片在厚度方向上的生长，从而实现对碳纳米片厚度的调控和金属氧化物纳米颗粒的生长限制，反应后可得到多孔碳纳米片支撑纳米金属氧化物，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

将金属盐、葡萄糖和氯化钠加入水中完全溶解后，得到混合溶液，其中，所述金属盐选自草酸铁、氯化铁、硝酸铁、钼酸铵、磷钼酸、氯化锡、氯化锑、氯化钒、硝酸锰、氯化锰、硝酸钴、硝酸铜、硝酸镍中的一种；

将所述混合溶液微波快速蒸干，得到混合物；

将所述混合物在绝氧条件中进行煅烧，制得多孔碳纳米片支撑的金属氧化物。

进一步的，所述金属盐、葡萄糖和氯化钠的质量比为1：(1-6)：(20-60)。

进一步的，所述微波快速蒸干步骤中，采用的微波功率为500-1200W。

进一步的，所述绝氧条件具体为采用保护气氛隔绝氧气，所述保护气氛包括氮气、氦气、氩气或氩氢混合气中的至少一种。

进一步的，所述煅烧的温度为400-800℃，煅烧时间为0.5-6h。

进一步的，所述煅烧后，还包括将煅烧产物洗涤、干燥的步骤。

进一步的，所述洗涤的具体步骤为：采用高纯水将所述煅烧产物洗涤3-6次。

本发明还提供了一种复合负极材料，采用如前述任一项所述的制备方法制得。

本发明进一步提供了如前所述的复合负极材料在用于制备锂离子电池中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：