[發明專利]一種分級孔結構金屬氧化物鋰離子電池負極的制備方法

在審

• 申請號: 202211230806.0
• 申請日: 2022-10-08
• 公開（公告）號: CN115425183A
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 劉文博;劉相江;龍佳俊;昝睿;顏家振
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391;H01M4/04;H01M10/0525
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• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種分級孔結構金屬氧化物鋰離子電池負極的制備方法，將金屬氯化物與N,N?二甲基甲酰胺的混合溶液A和氫氧化鈉與氧化硒的混合溶液B置于反應釜中混合均勻，在鼓風干燥箱中合適溫度下充分反應后，經清洗、干燥得到金屬硒化物納米顆粒；再將金屬硒化物納米顆粒使用壓片機壓制成片，放置于管式爐中高溫燒結，金屬硒化物與氧氣反應生成金屬氧化物與氧化硒，氧化硒高溫升華會在原位置留下納米尺度的小孔，而金屬硒化物燒結導致顆粒間形成亞微米至微米尺度的大孔，即得到分級孔結構金屬氧化物鋰離子電池負極。本發明提供的制備方法能簡化鋰離子電池負極的生產工藝同時有效提高鋰離子電池負極的循環性能和倍率性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池負極領域，涉及一種分級孔結構金屬氧化物鋰離子電池負極的制備方法。

背景技術

當前，全球石油以及其他化石能源愈來愈稀缺，導致世界各國對于開發風能、太陽能、潮汐能等可再生能源的需求更加迫切。但這類可再生能源的供應具有間歇性、波動性大等缺陷使其難以得到廣泛應用。引入先進的能量儲存與轉換技術可以將這類波動性大的能源通過儲存與轉換持續穩定地供應給受眾。因此，為了能夠有效提高新能源系統的穩定性，拓寬其未來應用范圍，必須開發高效、清潔的能量儲存與轉換裝置，使得新能源技術能夠有效解決人類面臨的能源問題。

在現有的多種儲能器件和系統中，鋰離子電池因其具有輸出電壓高、能量轉換效率高、循環壽命長和無記憶效應等優勢，在各類電子設備中得到了廣泛應用。特別是，在電動汽車動力系統中已展現出廣闊的應用潛力，使鋰離子電池已經成為了目前材料科學和能源科學領域的研究熱點之一。

負極材料是決定鋰離子電池容量和壽命的關鍵，當前廣泛應用的商業化負極材料是石墨類材料，具有放電平臺低、循環性能穩定等優點，但自其應用以來，其實際比容量已經接近理論水平（372 mAh/g），將難以滿足未來高比能動力電池的發展需求，因此，開發新型高比容量負極材料是鋰離子電池領域的重要發展方向。

金屬氧化物（M_xO_y，M=Fe，Cu，Sn，Ni等）具有較高的理論比容量，且價格低廉、環境友好、易于制備，被認為是最具潛力的下一代鋰離子電池負極材料。但其充放電過程中會產生巨大的體積膨脹效應，該過程易導致活性材料粉化、脫落以及電極導電網絡的破壞，進而使鋰離子電池的容量和循環性能急速衰減。

L. Noerochim 等人（Sun M, Sun M, Yang H, et al. Porous Fe₂O₃ nanotubesas advanced anode for high performance lithium ion batteries[J]. CeramicsInternational, 2017, 43(1): 363-367.）公開了具有納米孔結構的高容量Fe₂O₃負極材料制備方法。以FeCl₃?6H₂O為前驅體，配制1 mol/L的FeCl₃與2 mol/L賴氨酸混合溶液30 mL，并用磁力攪拌器攪拌30 min，隨后將溶液轉移到120 mL反應釜中，在馬弗爐中180 ℃條件下保溫12 h。隨后將溶液中產生的沉淀用離心機分離45 min得到沉積物，用去離子水清洗若干次后在烘箱中90 ℃條件下烘烤24 h，得到Fe₂O₃負極活性材料粉末。將制得的Fe₂O₃負極活性材料粉末與炭黑、聚偏氟乙烯（PVDF）按質量比80：15：5混合均勻后，加入N-甲基吡咯烷酮，得到膏體，再將膏體均勻涂覆于1 cm²銅箔上，在100 ℃烘箱中烘烤12 h后，作為工作電極組裝成硬幣電池。

該方法存在以下不足之處有待改進：（1）采用的制備工藝較為復雜、成本高昂且難以實現工業化大規模生產；（2）采用負極活性材料粉體涂覆的方法，活性材料與集流體之間結合力較弱，導電性不好，導致倍率性能欠佳、容量衰退較快。

發明內容