[发明专利]一种锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种锂离子电池负极材料及其制备方法。本发明首先采用超声分散的方式得到碳纳米管悬浊液，随后以柠檬酸作为相容剂，碳酸铵作为调节剂在加热的条件下使Fe³⁺、Co²⁺以氢氧化物的形式沉积在碳纳米管表面，最后经过预氧化和煅烧制备CoFe₂O₄‑MWNTs复合材料。与现有相比，本发明具有以下优点：一、碳纳米管作为支撑骨架，提高了材料的结构稳定性；二、碳纳米管良好的导电性，降低了材料的阻抗，提升了材料的整体性能；三、尖晶石结构的铁酸钴在充放电过程中具有良好的循环稳定性；四、制备过程简单、安全、高效。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

随着社会的持续发展和科技的进步，电子产品及电动设备在我们日常生活中得到了广泛地应用，而这些应用与锂离子电池技术的快速发展是密不可分的。如何制备出更稳定、更高容量、更廉价并且对环境更友好的锂离子电池始终是科学工作者研究的方向。其中，锂离子电池负极材料是人们研究的重点，目前商业化的锂离子电池负极材料石墨理论容量只有372 mAh·g^-1，不能满足人们对高储能电池的需求。硅基、锡基及过渡金属氧化物等负极材料因其较大的理论比容量一直是科学工作者研究的内容。其中，过渡金属氧化物(M_xO_y, M=Fe，Co, Mn, Cu或Ni)作为锂离子电池负极材料具有较高的理论比容量(~1000mAh·g^-1)。然而，材料的首次库伦效率较低，导致容量衰减快，较差的导电性和充放电循环过程中较大的体积膨胀严重影响电池的循环稳定性和循环寿命。对材料进行改性成为解决以上问题的必然途径。过渡金属负极材料的改性方法通常有三种:一种方法是材料的复合化，不同金属或金属氧化物之间的协同作用有利于提高材料的整体性能；第二种方法是对材料进行碳壳包覆，碳壳能增强电极材料的导电性，容纳材料巨大的体积变化，提高材料的容量保持率；第三种方法是材料形貌的改善，形貌的改善主要包括纳米结构、壳核结构、显微结构和多孔结构，以增强材料的电化学性能。碳纳米管由于独特的中空管状结构，具有重量轻、电导率高、机械强度大等优秀的性能。因此，将碳纳米管作为骨架与过渡金属氧化物相复合制备“钢筋混凝”结构的复合负极材料将会对改善材料的电化学起到积极作用。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法，旨在解决现有材料的首次库伦效率较低，导致容量衰减快，较差的导电性和充放电循环过程中较大的体积膨胀严重影响电池的循环稳定性和循环寿命的问题。

本发明的技术方案如下：

一种锂离子电池负极材料的制备方法，其中，包括步骤：

（1）制备Fe(OH)_x-Co(OH)_y-MWNTs前驱体：首先将碳纳米管放入水中进行超声分散，随后在搅拌的情况下顺次加入硝酸铁、硝酸钴、碳酸铵以及柠檬酸，使其完全溶解，得到混合液，再将混合液于80-100℃干燥24小时，得到Fe(OH)_x-Co(OH)_y-MWNTs前驱体；其中，x=2或3，y=2；

（2）制备碳纳米管为骨架的CoFe₂O₄-MWNTs复合材料：将Fe(OH)_x-Co(OH)_y-MWNTs前驱体于180-200℃反应2-3h进行预氧化，再将预氧化后的前驱体研成粉末于330-350℃煅烧2-3h，制得碳纳米管为骨架的CoFe₂O₄-MWNTs复合材料，所述碳纳米管为骨架的CoFe₂O₄-MWNTs复合材料即为所述锂离子电池负极材料。

所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其中，步骤（1）中，硝酸铁、硝酸钴、碳酸铵、柠檬酸的摩尔比为4:2:（1-1.5）：（1-1.5）。