[发明专利]一种氧化亚钴基纳米复合物电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于锂离子电池的纳米复合薄膜负极材料及其制备方法。该材料是由过渡族金属氧化物CoO和过渡金属Co构成的纳米复合物，可以通过磁控溅射仪制备获得，CoO和Co纳米复合物的平均粒径小于5nm。薄膜电极比容量随过渡族金属含量不同在500‑870mAh/g范围内变化，在反复放电过程中呈良好的稳定性。该种薄膜电极材料化学性稳定性好、比容量高、倍率性能优异，制备方法简单，可重复强，可适用于高性能锂离电池负极，尤其是全固态薄膜锂离子电池。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种可用于锂离子电池负极的氧化亚钴/钴纳米复合物薄膜电极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种新型高效的化学电源，具有能量密度大、开路电压高、循环寿命长等优点，是当今各种便携式电子产品的理想化学电源，也是未来电动汽车优选动力电源，具有广阔的应用空间和经济价值。

其中，负极材料是锂离子电池的关键材料之一。目前商用的锂离子电池主要以碳基材料作为负极，但是由于石墨负极材料的可逆容量只有372mAh/g,这严重限制了未来锂离子电池的发展，因此研发新型高容量锂离子电池负极材料成为了热点。在众多新型负极材料中，过渡族金属氧化物吸引了广泛的研究关注。其中氧化亚钴(CoO)理论比容量高达716mAh/g,约为石墨化碳材料容量的两倍，而且相比于Fe₂O₃等过渡族金属负极材料具有更高的倍率特性。

然而，CoO本身的电导率仍需进一步提高，而且循环过程中会产生体积膨胀，最终导致电池倍率性能和循环性能并不理想，限制了该材料的实际应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种氧化亚钴/钴纳米复合负极材料及其制备方法，以解决现有技术中的纯氧化亚钴负极材料循环性能差、倍率性能低的问题。

氧化亚钴/钴纳米复合负极材料是有氧化亚钴纳米颗粒和金属钴纳米颗粒均匀混合成膜，其中氧化亚钴和金属钴的平均粒径都小于5nm，质量比为1：0.01-1：0.2。

本发明还涉及一种锂离子电池氧化亚钴/钴纳米复合化合物的制备方法：采用99.9％纯度的金属钴作为靶材料，通过磁控溅射仪，在基片上制备纳米复合物薄膜电极材料。

所述沉积镀膜时工作气压为氧气，沉积过程中总压强保持在0.5Pa，通过改变氩气和氧气压强比在1：0.01-1:0.03之间，可以调节纳米复合物中氧化亚钴与金属钴的成分比例至1：0.01-1：0.2。

所述基片是铜基片，具有良好导电性，是优异的负极材料集流体。

所述沉积镀膜时基片温度是室温，可以避免晶粒团聚，更有利于5nm以内的纳米晶生成。

本发明中纳米金属钴颗粒均匀地分散在氧化亚钴中，不仅可以有效地提高电极材料的电导率，而且具有高效的催化活性，可促进充放电反应的进行，提高电池的倍率特性。同时，纳米结构复合膜可显著地增加电极与电解液的接触面积，并缓冲充放电过程中的体积变化，优化循环性能。作为电池负极材料，该纳米复合混合物电化学性能优良，表现出了优异的循环特性和倍率性能。同时，该方法操作简单，可重复行强，可适用于高性能锂离子电池负极，尤其是全固态薄膜锂离子电池。

附图说明

图1CoO/Co 0.05纳米复合化合物薄膜电镜图片。

图2CoO/Co 0.05纳米复合化合物薄膜充放电循环性能曲线。

图3CoO/Co 0.15纳米复合化合物薄膜倍率曲线。

具体实施方式