[發(fā)明專利]一種鋰離子電池負(fù)極材料銅銦錫復(fù)合氧化物的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510096795.5
• 申請日: 2015-03-05
• 公開（公告）號: CN104659348B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳詩德;田俊峰;韓光魯;肖雙;彭東來;朱有啟
• 申請（專利權(quán)）人: 鄭州輕工業(yè)學(xué)院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;B82Y40/00
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司41125
• 代理人: 張紹琳,孫詩雨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種高比容量鋰離子電池負(fù)極材料銅銦錫復(fù)合氧化物的的制備方法。

背景技術(shù)

能源問題是當(dāng)前國際社會聚焦的熱點問題之一。國家“十三五”規(guī)劃做出了加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定，新能源、新材料作為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)中的一部分，是引導(dǎo)未來經(jīng)濟社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)力量。鋰離子電池以其高容量、高電壓、高循環(huán)穩(wěn)定性、高能量密度、無環(huán)境污染等優(yōu)異的性能倍受青睞，被稱為21世紀(jì)的綠色能源和主導(dǎo)電源，在電子通訊、交通運輸、空間技術(shù)、國防工業(yè)和可再生能源等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。鋰離子電池主要由電極材料，電解質(zhì)隔膜等組成，電極材料的性能很大程度上決定了電池的性能，因此，研制開發(fā)比容量高、循環(huán)性能好的鋰離子電池材料進一步成為人們關(guān)注的焦點。

對于負(fù)極材料，目前商業(yè)化的鋰離子負(fù)極材料為碳材料，雖然碳材料作為鋰離子電池負(fù)極材料具有較好的循環(huán)性能，但儲鋰容量已基本達理論極限值（理論比容量372mAh/g)，限制其在高能量密度化學(xué)電源中的應(yīng)用。而錫基負(fù)極材料以低嵌鋰電位和高比容量等優(yōu)點，引起了研究人員的關(guān)注，被認(rèn)為是碳基負(fù)極材料的最理想的替代物之一。但是，與其它非碳負(fù)極材料一樣，錫基負(fù)極材料存在循環(huán)性能差的問題，主要原因是錫基負(fù)極材料在長時間充放電過程中體積膨脹，引起電極粉化。因此，如何有效地解決錫基負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性問題是電極材料研發(fā)領(lǐng)域的一個重要課題。

然而，錫單質(zhì)作為負(fù)極材料，在合金化和去合金化過程中體積變化大，會造成電極發(fā)生變形、開裂和粉化，循環(huán)性能較差。錫合金的初始儲鋰容量較大，但在循環(huán)過程中不斷經(jīng)歷體積的膨脹和收縮，使得合金材料出現(xiàn)粉化、顆粒粗大、脫落等現(xiàn)象，最終也致使材料的容量迅速衰減。錫的氧化物作為鋰離子電池負(fù)極材料，雖然初始容量很高，循環(huán)性能較好，但其從氧化物中置換出金屬Sn單質(zhì)消耗了大量的鋰而導(dǎo)致較大的容量損失，抵消了高容量的優(yōu)點，以及在充放電過程中體積的巨大變化導(dǎo)致循環(huán)性能的迅速下降。目前，解決材料粉化的方法就是減小材料尺寸或制備活性/非活性復(fù)合材料體系。因此，制備納米尺寸的多元金屬氧化物是一種較理想的選擇。所以研究開發(fā)一種電化學(xué)比容量高、循環(huán)性能好的負(fù)極材料，對于促進鋰離子電池負(fù)極材料的實際應(yīng)用具有重要意義。

目前，解決鋰離子電池電極材料循環(huán)性能差的問題，主要有三個途徑：一是將材料納米化和薄膜化，減少絕對體積膨脹；二是制備具有特殊結(jié)構(gòu)的金屬間化合物，通過控制充放電截止電位來調(diào)整嵌鋰深度，從而提高循環(huán)性能；三是引入惰性基體分散活性中心，緩解活性組分在充放電過程中產(chǎn)生的體積膨脹和機械應(yīng)力。本發(fā)明從材料納米化和構(gòu)建活性/非活性體系入手，采用簡單的室溫固相研磨-高溫?zé)崽幚矸ㄖ苽浼{米級的銅銦錫復(fù)合氧化物。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種顆粒分布均勻，結(jié)晶度好，具有高比容量和良好循環(huán)性能的鋰離子電池負(fù)極材料銅銦錫復(fù)合氧化物的制備方法。該方法工藝簡單，無污染，產(chǎn)率高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種鋰離子電池負(fù)極材料銅銦錫復(fù)合氧化物的制備方法，步驟如下：

（1）稱取醋酸銅、氫氧化銦和草酸亞錫，混合均勻，室溫研磨，得到混合物；

（2）將步驟（1）得到的混合物置于馬弗爐中高溫?zé)崽幚恚覝乩鋮s，制得銅銦錫復(fù)合氧化物負(fù)極材料；

所述醋酸銅、氫氧化銦和草酸亞錫的摩爾比為1：1～10：1～10。

所述步驟（1）中室溫研磨的時間為1～24小時。

所述步驟（2）中高溫?zé)崽幚頊囟葹?00～900℃。

所述步驟（2）中高溫?zé)崽幚頃r間為1～3小時。

所述步驟（2）中高溫?zé)崽幚磉^程升溫速率為5～30℃/min。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明從材料納米化和構(gòu)建活性/非活性體系入手，以醋酸銅、氫氧化銦和草酸亞錫為原料，通過簡單的室溫固研磨-高溫?zé)崽幚矸椒ǎ苽涑鲢~銦錫復(fù)合氧化物納米材料，并用作鋰離子電池負(fù)極材料。本發(fā)明制備的銅銦錫復(fù)合氧化物納米粉體，粒徑分布均勻，結(jié)晶度好，用作鋰離子電池負(fù)極材料，顯示出比容量高和循環(huán)性能好的特點。此外，本發(fā)明所提供的納米材料制備方法簡單，周期短，產(chǎn)率高，無污染，無安全隱患，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

說明書附圖

圖1是實施例3制備的鋰離子電池負(fù)極材料銅銦錫復(fù)合氧化物的TEM圖；

圖2是實施例3制備的鋰離子電池負(fù)極材料銅銦錫復(fù)合氧化物的XRD圖；

圖3是實施例3制備的鋰離子電池負(fù)極材料銅銦錫復(fù)合氧化物的充放電比容量圖。

具體實施方式