[发明专利]一种Li3VO4/NiO/Ni锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一类新型锂离子电池负极材料，特别涉及一种Li₃VO₄/NiO/Ni负极材料的制备技术及其储锂特性，属于电化学新型材料领域。 

背景技术

锂离子电池电极制备的传统工艺是将电极材料与粘结剂、导电剂混合，制浆、搅拌并涂覆在铜片或铝箔上。电极制备工艺比较复杂，且电极材料与粘结剂、导电剂以及制浆所需溶剂的兼容性对电极均匀性会产生重要的影响。另外，电极制备过程中所引入的粘结剂本身没有储锂活性，而导电剂多为无定型碳材料，理论容量也较低，这将导致电极整体较大的容量损失。因此，发展一种无需导电剂和粘结剂的电极制备方法具有十分重要的意义。Li₃VO₄作为一种新型多元负极材料，相比于商业化应用的石墨类负极材料而言具有更高理论比容量；相比于Li₄Ti₅O₁₂负极材料而言具有更低的充、放电电压，并且和商用正极材料匹配良好，在锂离子电池中应用前景广阔。 

基于以上背景，本专利发明一种无粘结剂方法制备Li₃VO₄/NiO/Ni电极材料。以原位生长的Ni(OH)₂/Ni为模板，通过表面吸附Li₃VO₄的前驱液体，然后原位烧结制备Li₃VO₄与NiO分布均匀，整体与镍基体接触良好的Li₃VO₄/NiO/Ni电极材料。以所制备的Li₃VO₄/NiO/Ni作为锂离子电池负极材料具有良好的循环稳定性。 

发明内容

本发明的目的就是以Ni(OH)₂/Ni为模板，以五氧化二钒、碳酸锂、六次甲基四胺为原料制备前驱溶液，将Ni(OH)₂/Ni浸入到前驱溶液中形成表面吸附，结合高温烧结方法原位制备Li₃VO₄/NiO/Ni电极材料。其原理就是首先利用电化学腐蚀方法制备Ni(OH)₂/Ni，并利用水热方法制备出具有一定粘稠度的Li₃VO₄前驱体溶液；然后在Ni(OH)₂/Ni表面吸附前驱体溶液，烘干并利用高温加热提供反应能量，通过原位固相反应得到Li₃VO₄/NiO/Ni复合结构材料。 

本发明所涉及的Ni(OH)₂/Ni合成原料为泡沫镍、双氧水。材料制备过程中，先取一定量的双氧水并加入适量蒸馏水稀释置于水热内胆中，再将一定数量尺寸为4cm × 2.5cm泡沫镍浸入其中，将其放置于水热反应釜中于90~180℃下反应4~24小时得到Ni(OH)₂/Ni材料。 

本发明所涉及的Li₃VO₄前驱液体合成原料为五氧化二钒、碳酸锂、六次甲基四胺。材料制备过程中，先将五氧化二钒、碳酸锂和六次甲基四胺按投料摩尔比1:3:5~10称取，于烧杯中加适量蒸馏水搅拌均匀，放置于水热反应釜中于90~180℃下反应12~48小时得到透明溶液。 

将制备的Ni(OH)₂/Ni电极材料沉浸于反应所得到的Li₃VO₄前驱体溶液中静置2~12小时，在烘箱中烘干，空气条件下300~500度下烧结2~10小时，自然冷却可得到Li₃VO₄/NiO/Ni复合结构电极材料样品。 

本发明所涉及的Li₃VO₄/NiO/Ni负极材料及制备方法具有以下几个显著特点： 

（1）    合成工艺简单，易于操作；

（2）    电极制备无需添加粘结剂和导电剂；

（3）    所制备样品中Li₃VO₄和NiO分布均匀，整体与镍基体接触良好；

（4）    所制备样品中Li₃VO₄为纳米颗粒，平均尺寸约200nm；

（5）    所制备Li₃VO₄/NiO/Ni负极材料循环性能优异。