[发明专利]锂离子电池阳极的制备方法

说明书

一种锂离子电池阳极的制备方法，其包括以下步骤：制备一碳纳米管原料,所述碳纳米管原料为从一碳纳米管阵列直接刮取获得，将碳纳米管原料加入水中，形成碳纳米管分散液；提供过渡金属的硝酸盐溶液，将过渡金属硝酸盐溶液加入至碳纳米管分散液中，搅拌形成碳纳米管絮状结构和过渡金属硝酸盐溶液的混合物；对碳纳米管絮状结构和过渡金属硝酸盐溶液的混合物进行冷冻干燥，获得一锂离子电池阳极预制体；以及，对所述锂离子电池阳极预制体进行热处理，获得锂离子电池阳极。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池阳极及其制备方法，尤其涉及一种基于碳纳米管的锂离子电池阳极及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种新型的绿色化学电源，与传统的镍镉电池、镍氢电池相比具有电压高、寿命长、能量密度大的优点。自1990年日本索尼公司推出第一代锂离子电池后，它已经得到迅速发展并广泛用于各种便携式设备。

锂离子电池的阳极是锂离子电池的重要组成部分。目前研究得较多且较为成熟的阳极材料为碳材料，如石墨、乙炔黑、微珠碳、石油焦、碳纤维、裂解聚合物和裂解碳等。然而，随着技术的发展，碳阳极越来越难以满足日益增长的对锂离子电池的高能量和功率密度的市场需求，过渡金属氧化物引起了锂离子电池领域的广泛关注。因为过渡金属氧化物的理论比容量高，环境友好和天然丰富，被认为是现有技术中石墨阳极的理想替代品。

然而，目前仍然存在阻碍过渡金属氧化物阳极的实际应用的两个主要缺陷：第一，在放电和充电过程中，过渡金属氧化物的体积会发生较大程度的膨胀，引起锂离子电池的严重劣化；第二，过渡金属氧化物具有固有的较低的电导率，由过渡金属氧化物组成的锂离子电池阳极严重阻碍了反应活性。

发明内容

因此，确有必要提供一种锂离子电池阳极及其制备方法，该锂离子电池阳极可以克服以上缺点。

一种锂离子电池阳极，其包括：一3D结构的碳纳米管海绵体，该碳纳米管海绵体为一由多个碳纳米管相互连接形成的蜂窝状结构，该碳纳米管海绵体包括多个微孔，所述微孔的孔径大于等于5微米；多个过渡金属氧化物颗粒，所述多个过渡金属氧化物颗粒均匀附着在碳纳米管的表面并位于微孔中，所述多个过渡金属氧化物颗粒的粒径小于等于200纳米。

一种锂离子电池阳极的制备方法，其包括以下步骤：制备一碳纳米管原料,所述碳纳米管原料为从一碳纳米管阵列直接刮取获得，将碳纳米管原料加入水中，形成碳纳米管分散液；提供过渡金属的硝酸盐溶液，将过渡金属硝酸盐溶液加入至碳纳米管分散液中，搅拌形成碳纳米管絮状结构和过渡金属硝酸盐溶液的混合物；对碳纳米管絮状结构和过渡金属硝酸盐溶液的混合物进行冷冻干燥，获得一锂离子电池阳极预制体；以及，对所述锂离子电池阳极预制体进行热处理，获得锂离子电池阳极。

相较于现有技术，本发明所提供的锂离子电池阳极具有以下优点：第一，碳纳米管海绵体为一蜂窝状结构，多个过渡金属氧化物颗粒均匀附着在碳纳米管的表面并位于微孔中，多个过渡金属氧化物颗粒的粒径远小于微孔的孔径，在锂离子电池的充放电过程中，过渡金属氧化物的膨胀不会造成锂离子电池阳极的体积发生变化，不会引起锂离子电池的严重劣化；第二，由于过渡金属氧化物颗粒附着在碳纳米管的表面，碳纳米管在支撑过渡金属氧化物颗粒的同时，作为锂离子电池阳极的导电剂，大大提高了锂离子电池阳极的导电率和反应活性。所述锂离子电池阳极的制备方法简单易行，成本较低，适合大规模制备。

附图说明

图1为本发明实施例所提供锂离子电池阳极的扫描电镜照片。

图2为本发明实施例所提供的锂离子电池阳极的透射电镜照片。

图3为本发明实施例所提供的锂离子电池阳极的局部结构放大示意图。

图4为本发明实施例所提供的碳纳米管海绵体的照片。

图5采用本发明所提供的锂离子电池阳极的锂离子电池的循环性能与采用传统锂离子电池阳极的锂离子电池的循环性能比较图。