[發明專利]一種三元鈷酸鹽體系納米線狀負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910324502.2
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN109928435A
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 劉全兵;李俊豪;李浩;馮裕發;黨岱;楊偉;鄭育英
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/525;H01M4/505;H01M4/485;H01M10/0525
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張春水;唐京橋

本發明涉及鋰離子電池技術領域，公開了一種三元鈷酸鹽體系納米線狀負極材料及其制備方法。本發明提供了一種三元鈷酸鹽體系納米線狀負極材料，其化學式為M_xN_1?xCo₂O₄，其中，M和N均選自Mg元素、Fe元素、Mn元素、Zn元素，Ni元素或Cu元素，且x為0～1.0。本發明還提供了一種三元鈷酸鹽體系納米線狀負極材料的制備方法，將可溶性鈷鹽溶液、表面活性劑、可溶性M金屬鹽溶液、可溶性N金屬鹽溶液混合并進行水熱反應，烘干并煅燒，得到三元鈷酸鹽體系納米線狀負極材料。本發明提供了一種三元鈷酸鹽體系納米線狀負極材料及其制備方法，解決了現有的過渡金屬化合物負極材料電導率較低，循環穩定性較差的技術問題。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，公開了一種三元鈷酸鹽體系納米線狀負極材料及其制備方法。

背景技術

化石能源的快速損耗給人類社會的高速發展拉起來警報，迫使人類要盡快開發和普及一種新型的清潔能源以適應科學技術的發展，電化學能源系統也因此獲得了大量的關注。鋰離子電池由于其比能量高、循環性能好，環境污染小等優點，是當前最有前途的二次電池。在鋰離子電池中，電極材料占電池重量的大部分，是決定電池能量密度最主要因素。目前商業化的負極材料主要為石墨，其理論的比容量為372mAh/g，已經滿足不了人民對能源密度越來越高的要求，開發一種高比容量，長壽命的負極材料是當前的迫切需求。

過渡金屬化合物(M_aX_b,M＝Fe,Cu,Co等過渡金屬，X＝O、P、F、S等)轉化式嵌鋰機制使其在反應過程中從高氧化價態還原到金屬單質，這有效增多了鋰離子的存儲數量。當前，經研究學者們的大量科學研究發現，MnO的理論比容量為755mAh/g，NiO的理論比容量為718mAh/g,CuO和Cu₂O的理論比容量分別為673和372mAh/g，Co₃O₄理論比容量為890mAh/g。這都遠大于目前的商業化的石墨材料的比容量。但是過渡金屬化合物的缺點也非常明顯，在反應中高氧化價金屬離子被還原成金屬單質，同時負離子與鋰離子反應生成Li_yX，在整個反應過程中體積變化大，容易造成材料的粉末和結構的破碎，導致材料循環穩定性較差。并且存在過渡金屬化合物的離子/電子電導率較低的問題，制約著它的實際應用。

因此，現有的過渡金屬化合物負極材料電導率較低，循環穩定性較差成為了本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明提供了一種三元鈷酸鹽體系納米線狀負極材料及其制備方法，解決了現有的過渡金屬化合物負極材料電導率較低，循環穩定性較差的技術問題。

本發明提供了一種三元鈷酸鹽體系納米線狀負極材料，其化學式為M_xN_1-xCo₂O₄，其中，M和N均選自Mg元素、Fe元素、Mn元素、Zn元素，Ni元素或Cu元素，且x為0～1.0。

更優選的，其中M、N的種類和摩爾比為可為Mg：Mn＝3:7，Mg：Zn＝8:2，Mg：Ni＝1:9，Fe：Mn＝5:5，Fe：Zn＝8:2，Mn：Zn＝6:4，Mn：Ni＝7:3，Mn：Cu＝8:2，Ni：Cu＝4:6，Ni：Cu＝5:5，Mg：Cu＝7:3，Fe：Cu＝5:5。

本發明還提供了一種三元鈷酸鹽體系納米線狀負極材料的制備方法，其特征在于，將可溶性鈷鹽溶液、表面活性劑、可溶性M金屬鹽溶液、可溶性N金屬鹽溶液和有機堿混合并進行水熱反應，烘干并煅燒，得到三元鈷酸鹽體系納米線狀負極材料；

其中，所述三元鈷酸鹽體系納米線狀負極材料的化學式為M_xN_1-xCo₂O₄，其中，M和N均選自Mg元素、Fe元素、Mn元素、Zn元素，Ni元素或Cu元素，且x＝0～1.0。