[發(fā)明專利]一種用于鋰電池負(fù)極的氧化鉻及碳納米管復(fù)合材料的制備方法

在審

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• 申請日: 2017-08-08
• 公開（公告）號: CN107482199A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪永輝;汪盛明
• 申請（專利權(quán)）人: 南陵縣生產(chǎn)力促進中心
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰電池領(lǐng)域，尤其涉及一種用于鋰電池負(fù)極的氧化鉻及碳納米管復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

間斷性的可再生能源的發(fā)電需要有效的能量存儲系統(tǒng)，以確保在所有時間一致的能源供應(yīng)，隨著新能源汽車等發(fā)展，存儲可再生能源更是要求設(shè)備具備高能量存儲能力。目前，鋰離子電池被廣發(fā)使用在幾乎所有電池供電的便攜式電子設(shè)備中。鋰離子電池源于鋰的許多優(yōu)點和性能，如重量輕、高電池容量、小尺寸、能實現(xiàn)快速插入固體的鋰離子、低自放電、長期充電放電循環(huán)穩(wěn)定性以及高開路電壓等。可以預(yù)見，在不久的將來，鋰離子電池將會是電動車和利用可再生能源的儲備能源的至關(guān)重要的能源設(shè)施。

其中負(fù)極材料直接影響著鋰離子電池的能量密度、循環(huán)壽命等關(guān)鍵性能。目前碳材料是鋰離子電池負(fù)極應(yīng)用最為廣泛的材料，它具有優(yōu)良的循環(huán)性能、較高的庫倫效率和穩(wěn)定的放電電壓平臺等。目前應(yīng)用最為廣泛的碳材料石墨的理論能量密度是372mAh/g，其所能做到的動力能量密度在250wh/kg以下，不能滿足新能源汽車進一步發(fā)展的需求。未來的鋰離子電池負(fù)極材料必須向高容量方向發(fā)展，才能解決現(xiàn)有電池能量密度低的問題。

氧化鉻是一種新型的負(fù)極材料，由于其一些獨特之處，比如高理論容量 (1058mAh/g)和1.085V的相對低的鋰插入電壓。但其高的理論容量的實現(xiàn)必須其材料結(jié)構(gòu)具有介孔結(jié)構(gòu)、高表面積以及較低的晶粒尺寸和更多的活性位點以實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)化反應(yīng)。另外氧化鉻在鋰的嵌、脫循環(huán)過程中，出現(xiàn)體積膨脹和收縮，會造成材料結(jié)構(gòu)的破壞從而導(dǎo)致電極循環(huán)性能的衰退。同時氧化鉻的較低的導(dǎo)電性也是其作為鋰離子電池負(fù)極材料的一個弱點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對鋰離子電池發(fā)展的實際需求和現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，擬提供一種氧化鉻及碳納米管復(fù)合材料及其制備方法。

本發(fā)明提供了制備一種用于鋰電池負(fù)極的氧化鉻及碳納米管復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下：

碳納米管加入無水乙醇中，加入少量分散劑，進行超聲攪拌，形成懸濁液；

另外，將Cr(NO₃)₂溶于去離子水中，并加入上述懸濁液，同時加入一定量的氨水溶液，使PH值調(diào)整到10，超聲攪拌30min-1小時混合；之后進行過濾，無水乙醇和去離子水反復(fù)清洗，之后置于干燥箱中70-80℃干燥箱12小時形成塊體；然后放入管式爐中，在密閉的真空環(huán)境下550-650℃下熱處理5-6小時，然后自然冷卻；氧化鉻及碳納米管復(fù)合材料。

經(jīng)過上述步驟，制備的氧化鉻及碳納米管復(fù)合材料，氧化鉻納米顆粒，顆粒粒徑約20-30nm，這些納米顆粒在碳納米管表面上分散。

經(jīng)過充放電測試，第一個周期放電容量為1080mAh/g，經(jīng)1000次循環(huán)后，總體可逆容量為885mAh/g。相比由氧化鉻單獨制造的電極，這種納米復(fù)合材料實現(xiàn)了較高的可逆容量，且優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性。這可歸因于氧化鉻納米顆粒分散在碳納米管管壁上形成的高表面積，同時也發(fā)揮了碳納米管高導(dǎo)電性，兩者形成網(wǎng)絡(luò)相互連接，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。同時由于碳納米管的引入，將氧化鉻納米顆粒分散在碳納米管管壁，使得氧化鉻在鋰的嵌、脫循環(huán)過程中，出現(xiàn)體積膨脹和收縮的產(chǎn)生的應(yīng)力被有效的吸收，從而緩解了其帶來的材料破壞問題，確保了電極的循環(huán)穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為實施例1制得的氧化鉻及碳納米管復(fù)合材料的SEM圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖及具體實施例進一步說明本發(fā)明。

實施例1

0.15g碳納米管加入無水乙醇中，加入少量分散劑，進行超聲攪拌，形成懸濁液；

另外，將5.0g的Cr(NO₃)₂溶于去離子水中，并加入上述懸濁液，同時加入一定量的氨水溶液，使PH值調(diào)整到10，超聲攪拌1小時混合；之后進行過濾，無水乙醇和去離子水反復(fù)清洗，之后置于干燥箱中80℃干燥箱12小時形成塊體；然后放入管式爐中，在密閉的真空環(huán)境下650℃下熱處理6小時，然后自然冷卻；氧化鉻及碳納米管復(fù)合材料。

實施例2

0.15g碳納米管加入無水乙醇中，加入少量分散劑，進行超聲攪拌，形成懸濁液；