[發(fā)明專利]柔性鋰離子電池負極材料的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510945159.5
• 申請日: 2015-12-16
• 公開（公告）號: CN105355893A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王建淦;金丹丹;謝科予;魏秉慶
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/50;H01M4/62;H01M4/131;H01M4/1391;H01M10/0525
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負極材料的制備方法，特別涉及一種柔性鋰離子電池負極材料的制備方法。

背景技術(shù)

21世紀以來，隨著煤、石油、天然氣等不可再生資源的日漸枯竭，以及其燃燒帶來的環(huán)境污染，能源和環(huán)境兩大問題已經(jīng)成為阻礙當(dāng)今世界可持續(xù)發(fā)展的瓶頸性難題。為了解決這一世界難題，尋求替代傳統(tǒng)化石燃料的可再生綠色能源及謀求人與環(huán)境的和諧發(fā)展顯得尤為迫切。新型能源的代表鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長且無記憶效應(yīng)等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備中。近年來，隨著柔性/可折疊電子器件的發(fā)展，開發(fā)具有彎曲特性的柔性鋰離子電池已成為目前儲能領(lǐng)域研究的前沿方向之一。

在負極材料方面，目前商業(yè)化的鋰離子電池負極材料石墨的理論容量(372mAhg^-1)偏低，限制了鋰離子電池電化學(xué)性能的提高，因此設(shè)計和制備高性能鋰離子電池負極材料是滿足鋰離子電池向電動設(shè)備發(fā)展的關(guān)鍵因素。過渡金屬氧化物具有高容量的優(yōu)點，其中錳氧化物(MnO_x)除具備高理論比容量的特點外，還具有天然儲量豐富、價格低廉、綠色環(huán)保、充放電平臺低、能源轉(zhuǎn)化效率高等一系列優(yōu)點。但是，MnO_x作為鋰離子電池的電極材料，存在著容量利用率低、倍率性能差、循環(huán)穩(wěn)定性差的問題，主要因為其導(dǎo)電性差以及鋰離子嵌入和脫出過程中發(fā)生體積膨脹。可通過構(gòu)建特定的形貌結(jié)構(gòu)及制備復(fù)合材料來改善上述問題造成的容量衰減等。其中石墨烯因其優(yōu)異的導(dǎo)電性、機械穩(wěn)定性以及2630m²g^-1的比表面積而被廣泛用于制備過渡金屬氧化物/石墨烯復(fù)合材料，用來改善鋰離子電池負極的性能。

文獻“LiL,GuoZ,DuA,etal.Rapidmicrowave-assistedsynthesisofMn₃O₄–graphenenanocompositeanditslithiumstorageproperties[J].JournalofMaterialsChemistry,2012,22(8):3600-3605.”公開了一種鋰離子電池負極材料的制備方法。該方法采用微波水熱法成功合成了Mn₃O₄與石墨烯的納米復(fù)合材料并成功應(yīng)用于鋰離子電池負極材料，但其合成的產(chǎn)物形態(tài)為納米粉末，在電極的組裝過程中使用了導(dǎo)電添加劑和粘結(jié)劑，且制備的電極材料不具備柔性可彎折的特性。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有鋰離子電池負極材料的制備方法制備的鋰離子電池負極材料柔性差的不足，本發(fā)明提供一種柔性鋰離子電池負極材料的制備方法。該方法以長度為100μm左右的超長MnO₂納米線為基體，添加氧化石墨烯溶液，利用二次水熱制備具有柔性自支撐的Mn₃O₄/rGO電極材料，所制備的電極材料可以直接用于鋰離子電池的負極材料，無需額外使用導(dǎo)電添加劑和粘結(jié)劑。其中，還原氧化石墨烯所占的比例為20％-60％。由于利用的基體為超長的二氧化錳納米線，故制備的鋰離子電池負極材料具有自支撐性，提高了鋰離子電池負極材料的柔性特性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：一種柔性鋰離子電池負極材料的制備方法，其特點是包括以下步驟：

步驟一、將配制好的錳鹽、氧化劑和酸的混合溶液移入水熱反應(yīng)釜中，在110～260℃溫度下，水熱反應(yīng)12-96h，將水熱得到的二氧化錳納米線利用超純水和無水乙醇反復(fù)沖洗3次以上，然后在60～150℃的溫度下進行鼓風(fēng)干燥或真空干燥4h以上；

步驟二、將步驟一制備得到的二氧化錳納米線分散到去離子水中，加入氧化石墨烯溶液，超聲分散0.25～8h，得到混合均勻的MnO₂/GO懸濁液；

步驟三、將步驟二制備得到的MnO₂/GO混合懸濁液移入水熱反應(yīng)釜中，在100～220℃溫度下，水熱反應(yīng)8-48h，得到Mn₃O₄/rGO；

步驟四、將步驟三制備得到的Mn₃O₄/rGO分散于去離子水和無水乙醇中，利用真空抽濾獲得柔性Mn₃O₄/rGO薄膜，然后置于60～90℃的真空干燥箱內(nèi)干燥；

步驟五、將步驟四制備得到的柔性Mn₃O₄/rGO薄膜直接作為鋰離子電池的負極材料組裝鋰離子電池。