[發明專利]一種鋰離子電池用氧化鋅納米纖維負極材料的制備方法

無效

• 申請號: 201110419502.4
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN103165893A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 喬輝;黃鋒林;魏取福;蔡以兵;付家鵬;陳晨;崔靜
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: H01M4/60
• 分類號: H01M4/60
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于高分子材料和化學電源技術領域，具體涉及一種鋰離子電池納米負極材料及制備方法，特別是一種鋰離子電池用氧化鋅納米纖維負極材料及制備方法。

背景技術

近年來，鋰離子蓄電池由于其具有電壓高，體積比容量、質量比容量高，無記憶效應，自放電小等優異的電化學性能和壽命長、安全無公害等特點，發展很快，在商業上獲得了巨大的成功，被廣泛應用在手機、筆記本電腦、攝像機、數碼相機、Mp3、PDA等眾多民用及軍事領域上。現在商品化的鋰離子蓄電池負極基本上都是采用碳材料，如石墨，碳纖維，焦炭，以及各種有機前驅體在惰性氣氛下制備的熱解碳，所有這些碳都具有一定程度的可逆儲鋰能力。但在實際應用方面還存在一些缺點：石墨的理論比容量為372mAh/g，只有金屬鋰的十分之一；碳材料嵌鋰電位低，存在析出鋰枝晶的安全隱患；由于石墨的表面性質很不均勻，在首次放電時在材料表面難以形成均勻、致密的固體電解質膜(SEI膜)，造成首次充放電效率低，循環性能不理想。隨著人們對電池性能要求的日益提高，迫切需要尋找新的負極材料來代替碳材料。

納米技術的發展為鋰離子電池材料的設計和發展提供了新的思路，將納米材料用作鋰離子電池的電極材料已經成為當前一個重要的研究課題。鋰離子電池納米材料與非納米材料相比，具有許多獨特的物理和化學性質，如比表面積大、鋰離子脫嵌的深度小、離子擴散路徑短、大電流充放電時電極極化程度小、可逆容量高、循環壽命長等。鋰離子電池可以顯著提高電池的比容量和倍率充放電性能，是新一代鋰離子電池發展的重要方向。

現有鋰離子電池氧化鋅納米負極材料及制備方法，如發表在Electrochimica?Acta的“鋰離子電池用氧化鋅納米棒負極材料”的文章在于：利用水熱法反應，在銅基體上生長氧化鋅納米棒，制成鋰離子電池負極材料。但是，該方法制備的氧化鋅納米棒負極材料首次循環效率和循環穩定性比較差；另外，該方法制備的氧化鋅納米棒導電性差，導致該負極材料的高功率特性和快速充放電能力差等問題。

發明內容

本發明的目的是克服上述氧化鋅納米棒作為鋰離子電池負極材料時首次循環效率低、循環穩定性和快速充放電能力差等缺點，提供一種鋰離子電池用氧化鋅納米纖維負極材料及制備方法；要求其提高首次循環效率和快速充放電能力，同時該方法加工成本低、工藝簡單易控制、周期短、高效節能，便于進一步擴大化生產。

本發明采用的的技術方案為，首先利用靜電紡絲技術制備PAN/PVP/(CH₃COO)₂Zn復合納米纖維膜，然后將所制的PAN/PVP/(CH₃COO)₂Zn復合納米纖維膜在高溫管式爐中進行煅燒處理，得到氧化鋅納米纖維負極材料。具體步驟如下：

(1)稱取一定量的聚丙烯腈(PAN)溶解于二甲基甲酰胺(DMF)配制質量分數為8～12％的DMF溶液，然后將聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)按PAN/PVP＝7∶3加入上述溶液中，最后加入乙酸鋅((CH₃COO)₂Zn)，所配溶液用磁力攪拌器攪拌20～60min至完全溶脹，然后將混合溶液轉移到50ml錐形瓶中，并放入磁性轉子，調節適當轉速，在室溫下攪拌12～24小時。

(2)將上述溶液在靜電紡絲裝置中紡出均勻的納米纖維膜，紡絲條件：電壓為10～20KV，收集距離為8～20cm，紡絲液體流速為0.3～2.0ml/h。

(3)將紡出的納米纖維膜轉入高溫管式爐中，在空氣氛中從室溫加熱到600～800℃，升溫速率為0.5～5℃/min。

由于采用了上述技術方案，本發明具有如下優點和效果：

1.本發明材料提高了負極材料的高功率特性和快速充放電能力，而且提高了負極材料的首次循環效率和循環穩定性。

2.本發明制備工藝簡單易控制，生產成本低，便于進一步擴大化生產。

3.本發明材料作為鋰離子電池負極電極材料，具有較高的初始放電容量和循環穩定性。

附圖說明

圖1氧化鋅納米纖維負極材料的掃描電子顯微鏡圖片。

圖2氧化鋅納米纖維負極材料的首周充放電曲線。

所得樣品經過掃描電子顯微鏡觀察(見圖1)，發現樣品是由粗細不均勻的納米纖維組成，纖維直徑大小為180～300nm。所得樣品經過充放電性能測試(見圖2)，發現初始放電容量高達1208mAh/g，說明該多孔材料作為鋰離子電池負極材料具有較好的應用前景。

具體實施方式