[发明专利]锂离子电池三维纳米多孔金属氧化物电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，特别涉及锂离子电池电极材料技术领域，具体是一种锂离子电池三维纳米多孔金属氧化物电极材料及其制备方法。

背景技术

通过对锂离子电池发展现状分析可知，未来几年内锂离子电池市场和应用领域会持续快速扩大。在锂离子电池负极材料方面，石墨类碳材料由于其良好的循环稳定性，理想的充放电平台和目前较高的性价比，仍是未来一段时间内锂离子电池主要使用的负极材料。但是碳材料的充放电比容量较低，体积比容量更是没有优势，难以满足电动车及混合电动车对电池高容量化的要求。因此开发具有高比容量、高充放电效率、长循环寿命的新型锂离子电池负极材料极具迫切性。

金属氧化物电极材料具有廉价、原料丰富、对环境无公害、高理论容量等特点成为近年来研究的热点之一。而材料的结构、形貌和纳米化对其电化学性能又有重要的影响。三维纳米多孔材料特殊的多孔微观形貌，较大的比表面积为锂离子提供了更多的活性位；薄的孔壁有效的减小锂离子的扩散路径；高孔隙率使电解液能有效的浸入，从而提高了材料的离子导电性能。因此，制备比表面积大、孔隙率高、电化学性能好的三维纳米多孔纳米氧化物电极材料具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种锂离子电池三维纳米多孔金属氧化物电极材料及其制备方法，该锂离子电池三维纳米多孔金属氧化物电极材料提高了锂离子电池负极材料的离子导电性能，并缩短了电化学反应过程中锂离子的扩散途径，大大提高了锂离子电池的倍率放电性能，其制备方法设计独特、操作简单方便，适于大规模推广应用。

为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供了一种锂离子电池三维纳米多孔金属氧化物电极材料的制备方法，其特点是，包括以下步骤：

(1)以金属的盐溶液为前驱体溶液，将干燥过的高分子胶晶微球模板浸泡在所述前驱体溶液中一段时间，过滤干燥后得到前驱体模板复合物；

(2)将所述前驱体复合物在低升温速率下加热到一定温度后保温，待冷却至室温后得到所述锂离子电池三维纳米多孔金属氧化物电极材料。

较佳地，所述高分子胶晶微球模板通过以下方法制备：通过高分子乳液聚合方法制备出高分子微球乳液，然后通过共沉淀或离心的方法得到所述的排列规则的高分子胶晶微球模板。

更佳地，所述高分子微球乳液是聚苯乙烯微球乳液。

更进一步地，所述聚苯乙烯微球乳液的微球粒径为275±10nm。

较佳地，所述前驱体溶液是Fe³⁺的乙二醇/甲醇混合溶液、Fe³⁺与Co²⁺的乙二醇/甲醇混合溶液或SnCl₂·2H₂O的乙醇溶液。

较佳地，所述一段时间为5～10小时。

较佳地，所述低升温速率为1～5℃/min。

较佳地，所述一定温度为450～600℃。

较佳地，所述保温的时间为10小时。

在本发明的第二方面，提供了一种锂离子电池三维纳米多孔金属氧化物电极材料，其特点是，所述锂离子电池三维纳米多孔金属氧化物电极材料由上述的制备方法制备而成。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明的锂离子电池三维纳米多孔金属氧化物电极材料具有三维纳米多孔状结构，这种纳米多孔结构大大提高了金属氧化物电极材料的比表面积和离子导电性能；缩短了电化学反应过程中锂离子的扩散路径；使电极材料在电极反应过程中能得到完全的反应，从而进一步提高了金属氧化物电极材料的比容量和倍率性能，适于大规模推广应用。

(2)本发明的锂离子电池三维纳米多孔金属氧化物电极材料的制备方法以金属的盐溶液为前驱体溶液浸泡干燥过的高分子胶晶微球模板一段时间，过滤干燥后得到前驱体模板复合物；将前驱体复合物在低升温速率下进行煅烧保温，然后冷却至室温即可，设计独特、操作简单方便，适于大规模推广应用。

附图说明

图1是本发明的锂离子电池三维纳米多孔金属氧化物电极材料的制备方法的一具体实施例的示意图。

图2是图1所示的具体实施例具体采用自然沉降法得到的紧密排列的聚苯乙烯胶晶微球模板的扫描电镜图。

图3a是采用图2所示的聚苯乙烯胶晶微球模板制备的锂离子电池三维纳米多孔金属氧化物电极材料α-Fe₂O₃的扫描电镜图。

图3b是图3a所示的锂离子电池三维纳米多孔金属氧化物电极材料α-Fe₂O₃的循环性能图。