[發(fā)明專利]一種金屬氧化物/碳互插層二維復(fù)合材料在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN113972361A
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 申仲榮;張明
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門稀土材料研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/583;H01M4/13;H01M10/0525
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 聶稻波;呂少楠

本發(fā)明公開一種金屬氧化物/碳互插層二維復(fù)合材料在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用。金屬氧化物/碳互插層二維復(fù)合材料包括金屬氧化物層和位于所述金屬氧化物層之間的碳層，所述碳層與所述金屬氧化物層相互穿插。通過對于層狀金屬氧化物的碳納米片插層，改變材料的儲(chǔ)鋰方式，由原來的嵌入式儲(chǔ)鋰變成金屬氧化物/碳界面的電容性儲(chǔ)鋰，同時(shí)碳納米片的嵌入，大大提升了材料的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、以及物理穩(wěn)定性，這種材料的開發(fā)，對于鋰離子電池電極材料的在容量提升、充放電速度、安全性、以及循環(huán)穩(wěn)定性上均有顯著提升，是一種新型的鋰離子電極材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種金屬氧化物/碳互插層二維復(fù)合材料在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)中，鋰離子電池負(fù)極材料主要以擴(kuò)散型的儲(chǔ)能方式為主，在充放電過程中可能存在充放電速度有限，嵌入過程中膨脹系數(shù)大等造成的循環(huán)穩(wěn)定性不佳，以及部分材料本身電導(dǎo)率低下導(dǎo)致電池倍率性能低下。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種金屬氧化物/碳互插層二維復(fù)合材料在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述金屬氧化物/碳互插層二維復(fù)合材料包括金屬氧化物層和位于所述金屬氧化物層之間的碳層，所述碳層與所述金屬氧化物層相互穿插。

優(yōu)選地，所述金屬氧化物可以選自堿土-過渡金屬氧化物和類金屬氧化物，例如可以為鈣、鋁、硅、鋰、鎳、鈷、鋇、鈦、鈮、釕、釩、鎢、鉭、鉿、鋯、鉻、鉬、錳、鑭、鈰、鐠、釹、鈧、釔、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥等元素的氧化物中的一種、兩種或更多種；優(yōu)選地，所述金屬氧化物可以選自含有一種、兩種或更多種上述元素的堿土-過渡金屬氧化物和類金屬氧化物；示例性地，所述金屬氧化物為二氧化鈦、氧化鈮、氧化鑭、氧化鎢、氧化釩、鈣鈦礦型的鑭鈦氧化物、天然的蒙脫土種的一種、兩種或更多種。

優(yōu)選地，所述碳層中的碳材料為有機(jī)分子(包括高分子)通過插層到層狀金屬氧化物中，然后通過聚合反應(yīng)、碳化反應(yīng)等在金屬氧化物層狀材料中形成的二維碳基材料；進(jìn)一步地，所述碳層的組分除了碳之外，根據(jù)有機(jī)分子的不同，可以摻雜有不用程度的氧、氮、硫等至少一種元素。即所述碳基材料可以為全碳或者含有其他摻雜的碳基材料。示例性地，二維碳基材料可以為類石墨、二維碳基納米片材料(單層石墨烯，多層石墨烯、氮摻雜石墨烯、氮以及硫摻雜石墨烯、非晶態(tài)層狀碳、以及其他氮或者硫等摻雜的非晶態(tài)片狀碳材料中的一種、兩種或更多種。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述金屬氧化物/碳互插層二維復(fù)合材料的重復(fù)單元厚度為0.5-5nm，例如0.4-3nm，作為示例，重復(fù)單元厚度為1.1nm。其中，所述重復(fù)單元由一個(gè)金屬氧化物層和一個(gè)碳層組成。

其中，所述“一個(gè)金屬氧化物層”指由金屬氧化物形成的結(jié)構(gòu)層，可以為單層金屬氧化或多層金屬氧化物。所述“一個(gè)碳層”指由上述碳基材料形成的結(jié)構(gòu)層，可以為單層碳或多層碳。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述金屬氧化物/碳互插層二維復(fù)合材料的層與層之間可以基本重疊排列，或者層與層之間交錯(cuò)排列。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述金屬氧化物/碳互插層二維復(fù)合材料的厚度可以為20納米-50微米，例如厚度為100納米-30微米、500納米-15微米。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述金屬氧化物/碳互插層二維復(fù)合材料的比表面積為10-480m²/g，例如100-470m²/g、300-450m²/g。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述金屬氧化物/碳互插層二維復(fù)合材料可以為金屬氧化物/類石墨互插層二維復(fù)合材料、高嶺土/碳二維復(fù)合材料、或蒙托土/碳二維復(fù)合材料；示例性地可以為層狀TiO₂/類石墨二維復(fù)合材料、TiO₂納米片/類石墨二維復(fù)合材料或蒙托土/碳二維復(fù)合材料。