[發明專利]一種鋰電池石墨烯復合負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710523603.3
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107195891A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 王高軍;王象;丁偉;張浩
• 申請（專利權）人: 紹興文理學院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/525;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 紹興市越興專利事務所(普通合伙)33220
• 代理人: 蔣衛東

技術領域

本發明涉及一種鋰電池負極材料的制備方法，屬于導電材料技術領域。

背景技術

能源是21世紀最重要的話題之一。隨著人們生活質量的進一步提升以及能源的進一步發展，人們對新能源的需求越來越大，化石燃料被大量地發掘使用以及大量消耗。能源和環境問題是目前人類亟需解決的兩大問題，在化石能源日漸枯竭、環境污染日益嚴重、全球氣候變暖的今天，尋求替代傳統化石能源的可再生綠色能源，謀求人與環境的和諧發展顯得尤為迫切。煤、石油、天然氣等不可再生能源都遠遠不能滿足人們的要求。隨著這些一次能源的快速消耗，人們開始意識到能源危機。人們不斷地在積極探索著新的能源，比如說太陽能、生物能等，但對于這些能源的儲存還存在很大的困難。

鋰離子電池由于具有一些獨特的優點，目前在許多領域得到了廣泛的應用。鋰電池的電極材料主要包括正極材料和負極材料。其中負極材料對鋰離子電池的性能也有著很大的影響，常用的負極材料有三種類型：碳、過渡金屬氧化物以及合金負極材料，其中目前應用最多的便是碳負極材料。

碳負極材料有三種類型，分別是石墨類碳材料，無定形碳材料和新型納米碳材料。

(1)石墨類碳材料有很多種，例如：天然石墨、人造石墨以及改性的石墨，上述幾種材料都是現在鋰離子電池中應用的主要負極材料。由于石墨具有良好的導電性，其結構呈現層狀，且具有0.335nm的層間距，因此很適合于鋰離子的嵌入和脫嵌。鋰離子嵌入石墨后形成的嵌鋰化合物，層間距為0.37nm，這是由于鋰離子的插入和脫出過程中的石墨體積會發生變化。

(2)過渡金屬氧化物。過渡金屬氧化物具有低的電極電位，高的比容量等優越性，因此被廣泛地作為負極材料進行研究，例如，SnO₂、Fe₂O₃、Fe₃O₄、Co₃O₄、NiO等。其中Fe₂O₃具有較高的比容量，而且材料易得，無污染，屬于環境友好型材料。但當鋰離子在其嵌入和脫嵌的過程中，Fe₂O₃會發生較大的體積變化，最終導致電池循環性能降低，這也是當前學者們正在研究的一項難題。

(3)合金，即鋰合金類負極材料，目前主要是硅基材料和錫基材料，此類材料具有高比容量，放電電壓較低，自然界儲存量大等優點。但是，該類材料在充放電過程中會出現體積變化大、電極粉化等缺點，最終導致電池容量嚴重衰減，循環性能變差，因此目前尚未被廣泛使用。

基于此，做出本申請。

發明內容

針對現有鋰電池負極材料所存在的上述缺陷，本申請提供一種循環性能良好、充放電性能穩定的鋰電池負極材料的制備方法。

為實現上述目的，本申請采取的技術方案如下：

一種鋰電池負極材料的制備方法，包括如下步驟：(1)Fe₂O₃的制備：在溶液條件下加入Fe(NO₃)₃·9H₂O和NH₄HCO₃進行混合，然后加入適量的沉淀劑成為前驅體沉淀物；將此沉淀進行煅燒，得到對應的納米級離子；(2)石墨烯的制備：將粉末狀石墨與硝酸鈉晶體、濃硫酸混合均勻后，置于冰浴中加入高錳酸鉀，加熱并進行氧化反應后，除去殘留的氧化劑，過濾得到氧化石墨烯；(3)負極材料的制備：將步驟(1)的Fe₂O₃、步驟(2)的氧化石墨烯加入到適量的蒸餾水中配成漿料、抽濾、烘干，然后在馬弗爐中于800-1000℃下煅燒5-1800秒；(4)電池裝配：將步驟(3)的負極材料與導電炭黑混合，加入粘接劑、滴入適量酒精并混合均勻后，將其碾成電極片，置于電池底殼上，壓片形成負極，上述電池殼連同電極片在真空下烘干后，置于氮氣氣氛中，在負極上取純金屬鋰片，將隔膜微孔聚乙烯放在鋰極片之上，然后在極片上滴加電解液，封口即得電池。

進一步的，作為優選：

所述的Fe(NO₃)₃·9H₂O和NH₄HCO₃質量比為1:2-5。

所述的沉淀轉化為納米級離子的條件為：現在馬弗爐中烘1-3h，再置于220℃下煅燒。

所述的氧化溫度為115-135℃。

所述的負極材料熱處理條件為900℃60秒。