[發明專利]一種氧化亞鈷基納米復合物電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710021929.6
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106711424B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 李強;徐潔;王霞;趙國霞;李山東
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/52;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京中索知識產權代理有限公司 11640
• 代理人: 宋濤

本發明公開了一種用于鋰離子電池的納米復合薄膜負極材料及其制備方法。該材料是由過渡族金屬氧化物CoO和過渡金屬Co構成的納米復合物，可以通過磁控濺射儀制備獲得，CoO和Co納米復合物的平均粒徑小于5nm。薄膜電極比容量隨過渡族金屬含量不同在500?870mAh/g范圍內變化，在反復放電過程中呈良好的穩定性。該種薄膜電極材料化學性穩定性好、比容量高、倍率性能優異，制備方法簡單，可重復強，可適用于高性能鋰離電池負極，尤其是全固態薄膜鋰離子電池。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，具體涉及一種可用于鋰離子電池負極的氧化亞鈷/鈷納米復合物薄膜電極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池是一種新型高效的化學電源，具有能量密度大、開路電壓高、循環壽命長等優點，是當今各種便攜式電子產品的理想化學電源，也是未來電動汽車優選動力電源，具有廣闊的應用空間和經濟價值。

其中，負極材料是鋰離子電池的關鍵材料之一。目前商用的鋰離子電池主要以碳基材料作為負極，但是由于石墨負極材料的可逆容量只有372mAh/g,這嚴重限制了未來鋰離子電池的發展，因此研發新型高容量鋰離子電池負極材料成為了熱點。在眾多新型負極材料中，過渡族金屬氧化物吸引了廣泛的研究關注。其中氧化亞鈷(CoO)理論比容量高達716mAh/g,約為石墨化碳材料容量的兩倍，而且相比于Fe₂O₃等過渡族金屬負極材料具有更高的倍率特性。

然而，CoO本身的電導率仍需進一步提高，而且循環過程中會產生體積膨脹，最終導致電池倍率性能和循環性能并不理想，限制了該材料的實際應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種氧化亞鈷/鈷納米復合負極材料及其制備方法，以解決現有技術中的純氧化亞鈷負極材料循環性能差、倍率性能低的問題。

氧化亞鈷/鈷納米復合負極材料是有氧化亞鈷納米顆粒和金屬鈷納米顆粒均勻混合成膜，其中氧化亞鈷和金屬鈷的平均粒徑都小于5nm，質量比為1：0.01-1：0.2。

本發明還涉及一種鋰離子電池氧化亞鈷/鈷納米復合化合物的制備方法：采用99.9％純度的金屬鈷作為靶材料，通過磁控濺射儀，在基片上制備納米復合物薄膜電極材料。

所述沉積鍍膜時工作氣壓為氧氣，沉積過程中總壓強保持在0.5Pa，通過改變氬氣和氧氣壓強比在1：0.01-1:0.03之間，可以調節納米復合物中氧化亞鈷與金屬鈷的成分比例至1：0.01-1：0.2。

所述基片是銅基片，具有良好導電性，是優異的負極材料集流體。

所述沉積鍍膜時基片溫度是室溫，可以避免晶粒團聚，更有利于5nm以內的納米晶生成。

本發明中納米金屬鈷顆粒均勻地分散在氧化亞鈷中，不僅可以有效地提高電極材料的電導率，而且具有高效的催化活性，可促進充放電反應的進行，提高電池的倍率特性。同時，納米結構復合膜可顯著地增加電極與電解液的接觸面積，并緩沖充放電過程中的體積變化，優化循環性能。作為電池負極材料，該納米復合混合物電化學性能優良，表現出了優異的循環特性和倍率性能。同時，該方法操作簡單，可重復行強，可適用于高性能鋰離子電池負極，尤其是全固態薄膜鋰離子電池。

附圖說明

圖1CoO/Co 0.05納米復合化合物薄膜電鏡圖片。

圖2CoO/Co 0.05納米復合化合物薄膜充放電循環性能曲線。

圖3CoO/Co 0.15納米復合化合物薄膜倍率曲線。

具體實施方式