[发明专利]用于锂离子电池负极材料的四氧化三钴/氮掺杂碳复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种用于锂离子电池负极材料的Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;/氮掺杂碳复合材料的制备方法，将可溶性钴盐和8‑羟基喹啉分别加入到无水乙醇中，搅拌，得到钴盐溶液和8‑羟基喹啉溶液；将钴盐溶液逐滴加入到8‑羟基喹啉溶液中，继续搅拌一定时间，对得到的混浊液进行离心、干燥，得到8‑羟基喹啉钴有机配合物，将有机配合物在惰性气氛下高温烧结，然后再于空气气氛下烧结，得到Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;/氮掺杂碳复合材料。本发明合成工艺简便、原材料价格低廉，能够实现氮掺杂碳和Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;材料原位合成，有效抑制Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;颗粒生长，所得Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;/氮掺杂碳复合材料具有较高的充放电比容量和良好的倍率性能，适于高倍率充放电和高能量密度动力锂离子电池的性能需求。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料的制备技术领域，具体涉及一种用于锂离子电池负极材料的Co₃O₄/氮掺杂碳复合材料的制备方法。

背景技术

近些年来，锂离子电池作为储能装置广泛应用于电动自行车、插电式混合动力汽车、纯电动汽车和增程式电动汽车等领域。同时，锂离子电池能量密度和功率密度对电动汽车的续航里程、爬坡性能等有着直接联系，而两者性能的优劣已成为衡量锂离子电池性能的重要标准。电极材料本身的充放电特性(充放电比容量、电压平台、高低温性能等)与电池的能量密度和功率密度直接相关。

目前，锂离子电池负极材料的研究相对滞后，而正极材料取得较大突破的可能性较小且按电池成本比例，负极材料占锂离子电池总成本的25％～28％。石墨基材料因其成本低、循环稳定性好被广泛应用于商业化锂离子电池的负极材料，但其低的理论比容量(372mAh g^─1)、欠佳的倍率性能和低的嵌入/脱嵌电位(0-0.25V vs.Li/Li⁺)等阻碍了其大规模应用，尤其是在动力锂离子电池领域。具有转化反应机理的过渡金属氧化物有望成为下一代高比容量(600mAh g^─1)锂离子电池负极材料的候选者之一，如Co₃O₄、NiO、Fe₂O₃、NiCo₂O₄等。其中，尖晶石结构Co₃O₄具有高理论比容量(890mAh g^─1，约为石墨类材料容量的2－3倍)和合适的充放电电压平台(1.0V vs.Li/Li⁺)等优点，可以有效地防止锂枝晶的形成，提高锂离子电池的使用安全性，因此成为科研工作者研究的重点内容之一。然而，Co₃O₄电极材料仍存在一些问题急需解决，比如在反复充放电过程中，由于其本身导电性差和体积膨胀效应造成电极材料充放电比容量发生迅速衰减且倍率性能表现欠佳，这些问题严重影响了Co₃O₄电极材料作为动力锂离子电池负极材料的应用。

碳包覆和减小电极材料粒径大小是改善锂离子电池负极材料电化学性能的有效途径。包覆碳(尤其是氮掺杂碳)能够有效提高电极材料颗粒之间电子传输，防止电极材料与电极液间副反应的发生，抑制电极材料充放电过程中体积膨胀效应，从而降低电极极化效应并有效提高电极材料的充放电比容量、倍率性能和循环稳定性。另一方面，纳米级粒径尺寸便于缩短锂离子的迁移时间，对电极材料的电化学性能亦有很大的帮助。