[发明专利]一种锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

当今，为了满足电动汽车和能量储存系统对能量日益增长的需求，开发具有高能量密度的锂离子负极材料迫在眉睫。而目前锂离子电池商用负极材料主要为石墨，其容量仅为372 mAh g^-1，或者837 mAh cm^-3，已经不能满足现今社会对能源的需求。从而具有更高容量的锂离子负极材料SnO₂（1492 mAh g^-1，或者10429 mAh cm^-3）受到广泛关注。但目前绝大多数制备这些负极材料的方法，如溶剂热法，燃烧法等使得产物的最终形态是粉末，在装配成电池的过程中必然要添加导电剂和粘接剂。这一方面降低了电池的整体容量，另一方面也使得研究整个负极材料的电化学反应过程复杂化。并且为了提高负极材料的电化学性能，还需要复合其他材料，这通常需要多步反应，从而使得实验周期变长。

为了克服上述缺点，已有一些工作尝试将负极材料制备成薄膜形态。无需添加导电剂和粘接剂，可直接装配成电池，一方面提高了负极材料的电化学性能，另一方面大大简化了制备工艺。但是制备这些薄膜材料所用的方法如PLD，ALD，磁控溅射等方法真空度要求高，设备昂贵，维修费用较高，并且在制备复合材料方面比较困难。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法。

锂离子电池负极材料的制备方法包括如下步骤：

1）配置源溶液，所述的源溶液为3-60mMol·L^-1 的M(acac)_x溶液、3-100mMmol·L^-1 的M(NO₃)_y溶液、3-100mol·L^-1的SnCl₄·5H₂O溶液、1-100mMmol·L^-1的M(CH₃COO)_z的溶液，1-60 mol·L^-1的LiNO₃溶液中的一种或多种，所述的x=1-4，y=1-4，z=1-4，M为 Sn、Fe、 Co、Cu、Ni、Mn、Zn或Ag，源溶液溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、四氢呋喃、丙烯酸丁酯、甲苯或水中的一种或多种；

2）在反应器内放置衬底，衬底为不锈钢片、铜片、泡沫镍、钛片、石墨烯片、碳纳米管片、碳布或碳纸中的一种或多种；

3）蒸发区域、输运区域和反应器的衬底的温度分别保持为150-180 ^oC 、160-220 ^oC 和250-1050 ^oC；

4）将载气通入反应器内，流量分别控制在300-1200 sccm；压力保持在1-100mbar；

5）将源溶液通过脉冲喷嘴喷射至蒸发区域，脉冲频率为1-10Hz，单次脉冲喷射时间为4-100ms，在衬底上得到锂离子电池负极材料。

所述的载气为氮气、氧气、氩气或氢气。所述的脉冲喷嘴有三个。锂离子电池负极中各组分所占的质量百分比分别为：SnO_x（10-90%），M_yO_z（10-90%）。或者SnO_x（50-90%），M（5-30%），Li₂O（5-20%）。或者M_yO_z（50-90%），M（5-30%），Li₂O（5-20%）。或者SnO_x（50-90%），M_yO_z（5-30%），Li₂O（5-20%）。或者SnO_x（5-30%），M_yO_z（50-90%），Li₂O（5-20%）。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

1)采用PSE-CVD法可简单大量地制备各金属及其氧化物的锂离子薄膜负极材料。

2)采用PSE-CVD法可根据需要，可以至少制备三种材料的复合，并且根据所设定的程序，可以采取不同的方式进行复合。

3)采用PSE-CVD法制备的锂离子负极材料的形态是薄膜，装配成电池过程中无需添加粘接剂和导电剂，大大简化工艺。

附图说明