[发明专利]一种提高锂离子电池用负极材料循环稳定性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料性能的技术领域，特别涉及一种提高锂离子电池用负极材料循环稳定性的方法。

背景技术

锂离子电池到目前为止不仅在摄像机、手机、笔记本电脑等小型移动电子产品领域占据主导地位，而且在动力电池以及储能电池等领域也表现出令人瞩目的发展前景。目前，商业化的锂离子电池石墨负极材料理论比容量较低，无法满足人们的需求。此外，当充放电电位达到0V或更低时，石墨电极上有锂沉积出来，存在安全隐患。因此，寻找具有更高理论容量和安全性的材料来替代石墨作为负极材料显得尤为重要。

研究发现ZnO(氧化锌)、SnO₂(氧化锡)、WO₂(二氧化钨)、MoO₂(二氧化钼)、VO₂(二氧化钒)、SnO(氧化亚锡)、TiO₂(二氧化钛)等过渡金属氧化物具有较强的可逆充放电能力。而且这种过渡金属氧化物负极材料相比碳材料具有更高的体积和质量比能量，加之其清洁无污染、原料来源广泛、价格便宜等优点，从而引起了人们广泛的研究兴趣。但过渡金属氧化物也存在嵌锂电位高、稳定性较差的缺点，用作负极材料会降低电池的放电电压。最新研究表明，金属离子的掺入可增加金属氧化物的导电性，改善其电化学性能。

石墨烯具有单层碳原子紧密排列而成的三维六边形点阵结构。因其比表面积高(2600m²/g)，化学稳定性好，电导率高而成为电化学储能材料的理想碳材料。但石墨烯片容易堆叠，使其物理化学性能降低，将金属氧化物与石墨烯复合可以有效阻止其堆叠，同时石墨烯的存在能够有效的改善金属氧化物充放电过程中的体积膨胀效应。因此，制备结合两者特性的复合材料作为锂离子电池负极材料，不仅能够降低锂离子电池电极材料的制备成本，而且可以有效提高锂离子电池的使用性能，应用前景十分广泛。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高锂离子电池用负极材料循环稳定性的方法，能够有效增加金属氧化物的载流子数目和晶格缺陷，提高导电性；同时改善金属氧化物体积膨胀效应，具有操作简单、成本低廉、易于实现的特点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种提高锂离子电池用负极材料循环稳定性的方法，包括：

步骤一：取1.5000-3.0000g金属盐和0.0050-0.5000g掺杂金属离子盐，溶于80ml的溶剂中，搅拌30-40min；

步骤二：搅拌后转移到100ml水热釜中，在水热温度为100-180℃的环境下进行水热反应，反应1-18h；

步骤三：反应结束后自然冷却至室温，分别用水和乙醇各清洗3次后在60-100℃下真空干燥5-12h，即得掺杂金属N离子的金属M的氧化物的纳米粉体；

步骤四：取0.0020-0.2000g的氧化石墨加入到200ml去离子水中，以超声频率为40kHz的超声波清洗仪超声处理2-3h制得氧化石墨烯分散液；

步骤五：取1.000g的上述纳米粉体加入到氧化石墨烯分散液中，以超声频率为40kHz的超声波清洗仪超声处理2-10h至混合均匀，在60-90℃的真空环境下干燥13h，干燥后获得石墨烯包覆的掺杂金属N离子的金属M的氧化物的复合材料；

步骤六：将上述复合材料在惰性气氛环境中，燃烧温度为400-800℃的环境下，煅烧1-10h，燃烧完成后自然冷却至室温，即获得石墨烯包覆的掺杂金属N离子的锂离子电池负极材料。

所述金属盐为含有金属M的硫酸盐、硝酸盐、氯化物或有机盐中任意一种，所述金属M为锌Zn、钼Mo、锡Sn、钛Ti、钨W中任意一种。

所述掺杂金属离子盐为含有金属N离子的硫酸盐、硝酸盐、氯化物或有机盐中任意一种，所述金属N离子为Al³⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Ag⁺中任意一种。

所述溶剂为去离子水和无水乙醇中任意一种。

所述水热反应为传统水热、微波水热和均相水热中任意一种。

所述氧化物包括：ZnO、MoO₂、SnO₂、TiO₂、WO₂中任意一种。

所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.01-1mg/ml。

所述惰性气氛包括：氮气N₂、氩气Ar、二氧化碳CO₂等。

本发明的工作原理为：