[發(fā)明專利]一種微波法制備超小氧化物與碳復(fù)合的鋰電池負(fù)極材料的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010414319.4
• 申請(qǐng)日: 2020-05-15
• 公開（公告）號(hào): CN113666411B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃小蕭;劉力銘;衛(wèi)增巖;段小明;張洪磊;賈德昌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G19/02
• 分類號(hào): C01G19/02;C01B32/184;H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 裴閃閃

一種微波法制備超小氧化物與碳復(fù)合的鋰電池負(fù)極材料的制備方法。本發(fā)明屬于鋰離子電池負(fù)極材料的制備領(lǐng)域。本發(fā)明為解決現(xiàn)有鋰離子電池容量及導(dǎo)電性等綜合性能不高，且制備工藝較復(fù)雜，成本較高的技術(shù)問題。本發(fā)明方法如下：一、配置鹽溶液使金屬離子滲入金屬?有機(jī)框架材料(MOF)；利用抽濾將滲離子的MOF材料與溶液分離，烘干得到滲離子的MOF材料；二、將滲離子的MOF材料和石墨烯使混合后研磨，然后微波短時(shí)間加熱；三、產(chǎn)物經(jīng)過洗滌除雜后得到超小氧化物與碳復(fù)合的鋰電池負(fù)極材料。本發(fā)明產(chǎn)品的納米顆粒尺寸為2～10nm，在低氧化物負(fù)載下就可具有高容量表現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池負(fù)極材料的制備領(lǐng)域；具體涉及一種微波法制備超小氧化物與碳復(fù)合的鋰電池負(fù)極材料的方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池能量密度高、綠色環(huán)保、記憶效應(yīng)小等優(yōu)勢(shì)，因而既廣泛應(yīng)用于手機(jī)、相機(jī)等小型設(shè)備，又作為電動(dòng)汽車的核心儲(chǔ)能部件。鋰離子電池的應(yīng)用有利于減少化石能源的使用，由此促進(jìn)能源危機(jī)、環(huán)境問題的解決，推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展。針對(duì)鋰離子電池的開發(fā)是當(dāng)今的重要課題，利用材料設(shè)計(jì)提高電池性能是其中的關(guān)鍵。

電極材料是影響鋰離子電池性能的核心要點(diǎn)，當(dāng)前商業(yè)中使用的負(fù)極材料主要是石墨材料，石墨負(fù)極材料的理論比容量為372mAh/g。石墨負(fù)極材料的低電極電勢(shì)易于產(chǎn)生鋰枝晶影響了安全性，同時(shí)在當(dāng)前形勢(shì)與政策的雙重要求下，石墨材料的低容量難以滿足未來發(fā)展。

金屬氧化物負(fù)極材料如SnO₂、Fe₂O₃(以及一些雙金屬氧化物如ZnCo₂O₄)等具有高理論比容量，且合適的工作電壓不易于產(chǎn)生鋰枝晶，但這些氧化物本身導(dǎo)電性較差、且儲(chǔ)鋰過程會(huì)產(chǎn)生較大的體積膨脹。

在顆粒結(jié)構(gòu)上，往往采用納米化的設(shè)計(jì)使得顆粒具有更大的比表面積，提高反應(yīng)速率和材料的利用率，但納米顆粒的制備工藝往往成本高，且工藝復(fù)雜、穩(wěn)定性差。因而需要進(jìn)一步地優(yōu)化以提高負(fù)極材料的電化學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有鋰離子電池容量及導(dǎo)電性等綜合性能不高，且制備工藝較復(fù)雜，成本較高的技術(shù)問題，而提供了一種微波法制備超小氧化物與碳復(fù)合的鋰電池負(fù)極材料的方法。

本發(fā)明的一種微波法制備超小氧化物與碳復(fù)合的鋰電池負(fù)極材料的方法按下述步驟進(jìn)行：

一、在攪拌條件下將Zn基MOF浸泡在金屬鹽溶液中，持續(xù)攪拌得到混合溶液，抽濾后將固相干燥，得到滲離子的MOF粉末；

二、將滲離子的MOF粉末與石墨烯粉末混合后研磨，然后將研磨產(chǎn)物進(jìn)行微波加熱，得到混合粉末；

三、將步驟二得到的混合粉末進(jìn)行酸洗除雜或堿洗除雜，抽濾后進(jìn)行干燥，得到超小氧化物與碳復(fù)合的鋰電池負(fù)極材料。

進(jìn)一步地限定，步驟一中所述Zn基MOF為ZIF-1、ZIF-2、ZIF-3、ZIF-4、ZIF-6、ZIF-7，ZIF-8、ZIF-10或ZIF-11。

進(jìn)一步地限定，步驟一中所述金屬鹽溶液為金屬鹽的水溶液或金屬鹽的N-甲基吡咯烷酮溶液，所述金屬鹽為Mn、Fe、Ni、Co、Cu、Sn的氯化物或Mn、Fe、Ni、Co、Cu、Sn的乙酸鹽。

進(jìn)一步限定，步驟一中所述金屬鹽溶液中金屬鹽的濃度為0.04mol/L～0.5mol/L。

進(jìn)一步限定，步驟一中所述的攪拌參數(shù)為：轉(zhuǎn)速為300rpm～1200rpm，時(shí)間為2min～10min。

進(jìn)一步限定，步驟一中所述浸泡時(shí)間為0.5h～3h。

進(jìn)一步限定，步驟一中所述抽濾時(shí)間為0.2h～2h。

進(jìn)一步限定，步驟一中所述干燥參數(shù)為：干燥溫度為30～60℃，干燥時(shí)間為2h～15h。