[發明專利]一種以量子點@碳薄膜為保護層的鋰離子電池陽極材料及其制備方法有效

申請號：	202010618435.8	申請日：	2020-06-30
公開（公告）號：	CN111816876B	公開（公告）日：	2021-11-12
發明（設計）人：	李愛東;房佳斌;劉暢;任強;吳迪	申請（專利權）人：	南京大學
主分類號：	H01M4/62	分類號：	H01M4/62;H01M4/48;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
代理公司：	江蘇圣典律師事務所 32237	代理人：	賀翔
地址：	210000 江***	國省代碼：	江蘇;32
權利要求書：	查看更多	說明書：	查看更多
摘要：
搜索關鍵詞：	一種量子薄膜保護層鋰離子電池陽極材料及其制備方法
鉆瓜網技術展會專利詞庫專利權人專利榜在售專利公布日期熱門專利

【說明書】：

本發明公開了一種以量子點@碳薄膜為保護層的鋰離子電池陽極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池材料與納米制備技術領域，得到具有高容量、長循環壽命的量子點@碳/納米氧化物核殼結構的鋰離子電池負極材料。本發明在集流極（碳布、泡沫鎳等）上使用水熱法生長活性氧化物納米結構（納米棒、納米球、納米片等），再結合MLD技術和退火處理直接在納米氧化物電極材料上沉積厚度可控的量子點@碳薄膜保護層。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池材料與納米制備技術領域，具體涉及一種以量子點@碳薄膜為保護層的鋰離子電池陽極材料及其制備方法。

背景技術

當前，鋰離子電池在便攜式電子設備、電動汽車和電網儲能系統等領域有廣泛的應用。然而，目前商業的石墨負極材料理論容量僅為372mAh/g，無法滿足大容量存儲和電力運輸等領域不斷增長的需求。因此，開發高能量密度、高功率密度和長循環壽命的鋰離子電池電極材料顯得尤為迫切。金屬氧化物如氧化鋅、氧化鎳、氧化鈷和鈷酸鎳等具有較高的理論容量，在鋰離子電池負極材料中展示出巨大的應用潛力。然而該類材料導電性較差，其循環過程中巨大的體積膨脹及顆粒團聚/粉化效應限制了它的應用。針對這一瓶頸，改善該類電極材料性能的一個有效方法是對納米電極材料進行表面包覆修飾，形成核殼結構。

原子層沉積技術(Atomic layer deposition,ALD)是通過將氣相前驅體脈沖交替通入反應室在沉積基體表面發生化學吸附反應形成納米顆粒或薄膜的一種方法。由于表面反應的自限制性，因此ALD具有優異的三維貼合性和大面積的均勻性，對顆粒大小或膜厚可以通過循環次數進行精確簡單的控制，特別適合在復雜形狀的納米電極表面沉積。分子層沉積(Molecular Layer Deposition,MLD)作為ALD的一個亞類，通過在前驅體中引入有機分子，從而將ALD生長材料的范圍由傳統無機材料擴展到有機聚合物以及無機-有機雜化物；另外，通過改變后處理工藝可以獲得不同功能化的MLD衍生薄膜。MLD制備的無機-有機雜化薄膜及其衍生納米復合物在電池、催化和光電子等領域的應用已經悄然興起。

發明內容

本發明提供了一種量子點@碳薄膜鋰離子電池陽極保護層及其制備方法，利用水熱反應、MLD結合后退火處理技術制備了一種具有高容量、長循環壽命的量子點@碳/納米氧化物核殼結構的鋰離子電池負極材料。

為實現以上目的，本發明采用以下技術方案：

一種以量子點@碳薄膜為保護層的鋰離子電池陽極材料，所述材料為量子點@碳/納米氧化物核殼結構，包括：集流極、納米活性氧化物層、量子點@碳薄膜保護層；由內向外依次為集流極、納米活性氧化物層、量子點@碳薄膜保護層。

以上所述結構中，所述活性氧化物的尺寸控制在納米尺度，所述量子點@碳薄膜保護層厚度控制在2-10納米，電極活性物質總量1mg/cm²；所述活性氧化物為高容量但體積膨脹大的氧化物納米電極材料，優選ZnO、NiO、Co₃O₄、Fe₂O₃或NiCo₂O₄；所述量子點@碳薄膜保護層為無機-有機雜化物衍生的氧化物量子點(Quantum Dots，QDs)@碳薄膜，優選TiO₂QDs@碳，ZnO QDs@碳、ZrO₂QDs@碳、Fe₂O₃QDs@碳或Co₃O₄QDs@碳，當活性氧化物為ZnO時，所述集流極與納米活性ZnO層之間為ZnO種子層。