[發明專利]一種鋰離子電池用高穩定性復合負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811551872.1
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109755561A
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 儲偉;代宇;李敬
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種鋰離子電池用高穩定性復合負極材料及其制備方法，其中，該復合材料包括微米級的碳基質以及被該碳基質包裹的M₁O_x和氧化鐵納米顆粒。碳源前驅體溶解在去離子水中，得碳源前驅體溶液；M₁金屬鹽原料和亞鐵氰化鉀分別加入到所述碳源前驅體溶液中，形成溶液A和溶液B；然后將A溶液滴加入B溶液中，一定溫度下反應0.1~12小時，得到M₁?Fe?C交聯產物,交聯產物干燥后即得到前驅體C；將前驅體C先氧化處理，再在特定氣氛下炭化后洗滌、干燥，即得M₁O_x/Fe₂O₃/C復合材料（MB?SFO@C）。該復合材料作為負極電極時，在0.2 A/g的電流密度下循環100圈后，能夠穩定地保持927 mAh/g的可逆容量，容量保持率95.1%；在3 A/g的電流密度下進行1800圈的超長循環之后，仍能保持有429 mAh/g的可逆容量。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，更具體地，涉及一種鋰離子電池用高穩定性復合負極材料及其制備方法。該復合材料具體為微米級碳基質包覆M₁O_x和氧化鐵納米顆粒的復合材料,尤其適合作為負極材料用于鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池因其高能量密度、快速的充放電速率和長壽命等優點，被廣泛的應用于便攜式電子設備、電動/混動汽車領域，而后者也對鋰離子電池的容量、循環壽命和安全性能提出了高苛刻的要求。傳統的商用石墨負極，一方面由于其較低的理論比容量，另一方面由于其較低的嵌鋰電位導致在大電流充放電時容易產生鋰枝晶刺穿隔膜而引發安全隱患，使石墨負極越來越難以滿足現代電子設備，特別是電動汽車領域對鋰離子電池性能的要求，因此，亟需開發一種能夠替代石墨的高性能鋰離子電池負極材料。

M₁O_x和氧化鐵等氧化物負極材料具有高容量特性，然而，該類金屬氧化物負極材料在脫/嵌鋰過程中會產生巨大的體積變化，導致這類負極材料隨著循環次數的增加，結構會逐漸被破壞進而從集流體上脫落，使得電池容量快速的衰減，影響電池的整體壽命，并且該類金屬氧化物負極材料本征電子導電率較低，限制了其在大電流下的儲鋰性能。

為了解決這些問題，研究人員們進行了廣泛的努力，包括合成具有精細納米結構的M₁O_x/Fe₂O₃復合物，例如核為M₁O_x殼為Fe₂O₃的核殼型納米微球、M₁O_x/Fe₂O₃納米線、M₁O_x/Fe₂O₃納米管以及多級納米結構等，這些結構可以減輕M₁O_x和Fe₂O₃在脫/嵌鋰過程中體積變化產生的應力，有效縮短鋰離子擴散路徑，然而，這些用復雜方法合成的具有精細納米結構的M₁O_x/Fe₂O₃復合物仍然不能帶來滿足實際需求的循環穩定性；因此，也常常采用將M₁O_x和Fe₂O₃與納米碳材料復合的方法來制備納米尺寸的M₁O_x/Fe₂O₃/C復合材料，利用納米碳材料如石墨烯、碳納米管以及無定型碳來緩沖M₁O_x和Fe₂O₃在脫/嵌鋰過程中體積變化，同時提升電極的導電率。