[發(fā)明專利]鋰離子電池陽極的制備方法

有效

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• 申請日: 2017-04-01
• 公開（公告）號: CN108666532B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發(fā)明（設計）人: 羅宇峰;王佳平;姜開利;范守善
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業(yè)（深圳）有限公司
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391;H01M4/04;H01M4/131;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種鋰離子電池陽極的制備方法，其包括以下步驟：制備一碳納米管原料,所述碳納米管原料為從一碳納米管陣列直接刮取獲得，將碳納米管原料加入水中，形成碳納米管分散液；提供過渡金屬的硝酸鹽溶液，將過渡金屬硝酸鹽溶液加入至碳納米管分散液中，攪拌形成碳納米管絮狀結構和過渡金屬硝酸鹽溶液的混合物；對碳納米管絮狀結構和過渡金屬硝酸鹽溶液的混合物進行冷凍干燥，獲得一鋰離子電池陽極預制體；以及，對所述鋰離子電池陽極預制體進行熱處理，獲得鋰離子電池陽極。

技術領域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池陽極及其制備方法，尤其涉及一種基于碳納米管的鋰離子電池陽極及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池是一種新型的綠色化學電源，與傳統(tǒng)的鎳鎘電池、鎳氫電池相比具有電壓高、壽命長、能量密度大的優(yōu)點。自1990年日本索尼公司推出第一代鋰離子電池后，它已經(jīng)得到迅速發(fā)展并廣泛用于各種便攜式設備。

鋰離子電池的陽極是鋰離子電池的重要組成部分。目前研究得較多且較為成熟的陽極材料為碳材料，如石墨、乙炔黑、微珠碳、石油焦、碳纖維、裂解聚合物和裂解碳等。然而，隨著技術的發(fā)展，碳陽極越來越難以滿足日益增長的對鋰離子電池的高能量和功率密度的市場需求，過渡金屬氧化物引起了鋰離子電池領域的廣泛關注。因為過渡金屬氧化物的理論比容量高，環(huán)境友好和天然豐富，被認為是現(xiàn)有技術中石墨陽極的理想替代品。

然而，目前仍然存在阻礙過渡金屬氧化物陽極的實際應用的兩個主要缺陷：第一，在放電和充電過程中，過渡金屬氧化物的體積會發(fā)生較大程度的膨脹，引起鋰離子電池的嚴重劣化；第二，過渡金屬氧化物具有固有的較低的電導率，由過渡金屬氧化物組成的鋰離子電池陽極嚴重阻礙了反應活性。

發(fā)明內容

因此，確有必要提供一種鋰離子電池陽極及其制備方法，該鋰離子電池陽極可以克服以上缺點。

一種鋰離子電池陽極，其包括：一3D結構的碳納米管海綿體，該碳納米管海綿體為一由多個碳納米管相互連接形成的蜂窩狀結構，該碳納米管海綿體包括多個微孔，所述微孔的孔徑大于等于5微米；多個過渡金屬氧化物顆粒，所述多個過渡金屬氧化物顆粒均勻附著在碳納米管的表面并位于微孔中，所述多個過渡金屬氧化物顆粒的粒徑小于等于200納米。

一種鋰離子電池陽極的制備方法，其包括以下步驟：制備一碳納米管原料,所述碳納米管原料為從一碳納米管陣列直接刮取獲得，將碳納米管原料加入水中，形成碳納米管分散液；提供過渡金屬的硝酸鹽溶液，將過渡金屬硝酸鹽溶液加入至碳納米管分散液中，攪拌形成碳納米管絮狀結構和過渡金屬硝酸鹽溶液的混合物；對碳納米管絮狀結構和過渡金屬硝酸鹽溶液的混合物進行冷凍干燥，獲得一鋰離子電池陽極預制體；以及，對所述鋰離子電池陽極預制體進行熱處理，獲得鋰離子電池陽極。

相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明所提供的鋰離子電池陽極具有以下優(yōu)點：第一，碳納米管海綿體為一蜂窩狀結構，多個過渡金屬氧化物顆粒均勻附著在碳納米管的表面并位于微孔中，多個過渡金屬氧化物顆粒的粒徑遠小于微孔的孔徑，在鋰離子電池的充放電過程中，過渡金屬氧化物的膨脹不會造成鋰離子電池陽極的體積發(fā)生變化，不會引起鋰離子電池的嚴重劣化；第二，由于過渡金屬氧化物顆粒附著在碳納米管的表面，碳納米管在支撐過渡金屬氧化物顆粒的同時，作為鋰離子電池陽極的導電劑，大大提高了鋰離子電池陽極的導電率和反應活性。所述鋰離子電池陽極的制備方法簡單易行，成本較低，適合大規(guī)模制備。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例所提供鋰離子電池陽極的掃描電鏡照片。

圖2為本發(fā)明實施例所提供的鋰離子電池陽極的透射電鏡照片。

圖3為本發(fā)明實施例所提供的鋰離子電池陽極的局部結構放大示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例所提供的碳納米管海綿體的照片。

圖5采用本發(fā)明所提供的鋰離子電池陽極的鋰離子電池的循環(huán)性能與采用傳統(tǒng)鋰離子電池陽極的鋰離子電池的循環(huán)性能比較圖。