[发明专利]一种锂离子电池用高稳定性复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用高稳定性复合负极材料及其制备方法，其中，该复合材料包括微米级的碳基质以及被该碳基质包裹的M₁O_x和氧化铁纳米颗粒。碳源前驱体溶解在去离子水中，得碳源前驱体溶液；M₁金属盐原料和亚铁氰化钾分别加入到所述碳源前驱体溶液中，形成溶液A和溶液B；然后将A溶液滴加入B溶液中，一定温度下反应0.1~12小时，得到M₁‑Fe‑C交联产物,交联产物干燥后即得到前驱体C；将前驱体C先氧化处理，再在特定气氛下炭化后洗涤、干燥，即得M₁O_x/Fe₂O₃/C复合材料（MB‑SFO@C）。该复合材料作为负极电极时，在0.2 A/g的电流密度下循环100圈后，能够稳定地保持927 mAh/g的可逆容量，容量保持率95.1%；在3 A/g的电流密度下进行1800圈的超长循环之后，仍能保持有429 mAh/g的可逆容量。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，更具体地，涉及一种锂离子电池用高稳定性复合负极材料及其制备方法。该复合材料具体为微米级碳基质包覆M₁O_x和氧化铁纳米颗粒的复合材料,尤其适合作为负极材料用于锂离子电池。

背景技术

锂离子电池因其高能量密度、快速的充放电速率和长寿命等优点，被广泛的应用于便携式电子设备、电动/混动汽车领域，而后者也对锂离子电池的容量、循环寿命和安全性能提出了高苛刻的要求。传统的商用石墨负极，一方面由于其较低的理论比容量，另一方面由于其较低的嵌锂电位导致在大电流充放电时容易产生锂枝晶刺穿隔膜而引发安全隐患，使石墨负极越来越难以满足现代电子设备，特别是电动汽车领域对锂离子电池性能的要求，因此，亟需开发一种能够替代石墨的高性能锂离子电池负极材料。

M₁O_x和氧化铁等氧化物负极材料具有高容量特性，然而，该类金属氧化物负极材料在脱/嵌锂过程中会产生巨大的体积变化，导致这类负极材料随着循环次数的增加，结构会逐渐被破坏进而从集流体上脱落，使得电池容量快速的衰减，影响电池的整体寿命，并且该类金属氧化物负极材料本征电子导电率较低，限制了其在大电流下的储锂性能。

为了解决这些问题，研究人员们进行了广泛的努力，包括合成具有精细纳米结构的M₁O_x/Fe₂O₃复合物，例如核为M₁O_x壳为Fe₂O₃的核壳型纳米微球、M₁O_x/Fe₂O₃纳米线、M₁O_x/Fe₂O₃纳米管以及多级纳米结构等，这些结构可以减轻M₁O_x和Fe₂O₃在脱/嵌锂过程中体积变化产生的应力，有效缩短锂离子扩散路径，然而，这些用复杂方法合成的具有精细纳米结构的M₁O_x/Fe₂O₃复合物仍然不能带来满足实际需求的循环稳定性；因此，也常常采用将M₁O_x和Fe₂O₃与纳米碳材料复合的方法来制备纳米尺寸的M₁O_x/Fe₂O₃/C复合材料，利用纳米碳材料如石墨烯、碳纳米管以及无定型碳来缓冲M₁O_x和Fe₂O₃在脱/嵌锂过程中体积变化，同时提升电极的导电率。