[發(fā)明專利]一種高容量二氧化鉬負極材料的制備方法及其應(yīng)用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210100494.1
• 申請日: 2012-04-09
• 公開（公告）號: CN102623687A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡先羅;羅巍;黃云輝;孫永明;李真;袁利霞;張五星
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/131
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李佑宏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種高容量負極材料的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池因能量密度高、平均開路電壓高和循環(huán)壽命長等優(yōu)點已廣泛應(yīng)用于移動、便攜式電器。軟包裝鋰離子電池因其尺寸可靈活設(shè)計、安全性能好等優(yōu)勢而廣泛應(yīng)用在消費電子產(chǎn)品領(lǐng)域。但電子產(chǎn)品小型化、輕薄化的發(fā)展對鋰離子電池的能量密度要求也越來越高，對鋰離子電池電極材料的容量要求也越來越高，尤其是負極活性材料。

目前，商品化的鋰離子電池負極材料多采用石墨材料，但其理論容量僅372mAh/g，且壓實密度低(1.5～1.7g/cm³)，大大限制了鋰離子電池能量密度的進一步提升。

二氧化鉬因其具有高容量(838mAh/g)、高壓實密度(6.5g/cm³)而被廣泛研究。復(fù)旦大學(xué)的L.C.Yang等人采用高溫還原三氧化鉬的方法制備的二氧化鉬負極材料，容量僅318mAh/g(Journal?of?Power?Sources，179(2008)：357-360)，不能滿足工業(yè)化生產(chǎn)的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高容量二氧化鉬負極材料的制備方法，解決目前的負極材料容量有限，不能適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種高容量二氧化鉬負極材料的制備方法，其主要步驟如下：

1)將體積比為1∶1∶10的去離子水、無水乙醇及10％的聚乙烯醇溶液混合，按0.02～0.04克/毫升加入鉬酸銨，得到前驅(qū)體溶液。

2)前驅(qū)體溶液在8千伏的高壓作用下，成為鉬酸銨與聚乙烯醇的復(fù)合納米纖維。

3)將得到的納米纖維在空氣中穩(wěn)定，穩(wěn)定過程為以每分鐘1℃的升溫速度到180℃，保溫30分鐘，然后再以相同的升溫速度升到300℃，保溫30分鐘。

4)將穩(wěn)定過的納米纖維在氫氬混合氣體的還原氣體氣氛中500～800℃高溫還原4～12小時，得到有碳包覆層的二氧化鉬納米纖維復(fù)合材料。

通過本發(fā)明的靜電紡絲及兩步熱處理法得到的有碳包覆層的二氧化鉬的復(fù)合納米纖維，由于碳的包覆及納米尺度的二氧化鉬的共同效應(yīng)，該材料具有良好的儲鋰性能。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

第一，制備出的二氧化鉬活性材料比容量高，倍率性能好；

第二，制備出的二氧化鉬活性材料循環(huán)穩(wěn)定性好，庫倫效率高；

第三，制備出的二氧化鉬活性材料具有包覆層，提高了活性材料的電子傳導(dǎo)性能和離子傳導(dǎo)性能；

第四，制備方法簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說明

圖1中，(a)，(b)是鉬酸銨與聚乙烯醇復(fù)合納米纖維的不同放大倍數(shù)FESEM圖；(c)是有碳包覆層的二氧化鉬納米纖維的FESEM圖；(d)是有碳包覆層的二氧化鉬納米纖維的XRD圖。

圖2中，(a)，(b)是有碳包覆層的二氧化鉬納米纖維的不同放大倍數(shù)TEM圖；(c)是有碳包覆層的二氧化鉬納米纖維的電子衍射花樣圖；(d)是有碳包覆層的二氧化鉬納米纖維的HRTEM圖。

圖3是有碳包覆層的二氧化鉬納米纖維的循環(huán)伏安圖。

圖4是有碳包覆層的二氧化鉬納米纖維的充放電曲線(電流為50mA/g)。

圖5是有碳包覆層的二氧化鉬納米纖維的倍率性能及循環(huán)性能圖。

圖6是無有碳包覆層的的二氧化鉬顆粒的倍率性能及循環(huán)性能圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例一

首先，將1克鉬酸銨，4毫升去離子水，4毫升無水酒精及40毫升10％的聚乙烯醇溶液混合得到的前軀體溶液。

其次，將前驅(qū)體溶液在8千伏的靜電高壓作用下，成為鉬酸銨與聚乙烯醇的復(fù)合納米纖維。

然后，將得到的納米纖維先在空氣中穩(wěn)定，穩(wěn)定過程為以每分鐘1℃的升溫速度到180℃，保溫30分鐘，然后再以相同的升溫速度升到300℃，保溫30分鐘。

圖1中(a)，(b)是鉬酸銨與聚乙烯醇復(fù)合納米纖維的不同放大倍數(shù)FESEM圖。可以看出經(jīng)過空氣中穩(wěn)定及還原氣氛下還原得到的有碳包覆層的二氧化鉬的復(fù)合納米纖維很好的保持了很好的纖維結(jié)構(gòu)。

最后，再將穩(wěn)定過的納米纖維在氫氬混合氣氛中600℃還原碳化5小時，得到了有碳包覆層的二氧化鉬復(fù)合纖維。