[发明专利]一种锂离子电池材料及其采用超组装和脱合金的制备方法

说明书

本发明属于锂电池材料技术领域，提供了一种锂离子电池材料及其采用超组装和脱合金的制备方法，首先将包含金属Al、Co、Ni的三元合金置于双氧水溶液中，加入强碱溶液，进行脱合金反应；然后加入氨丙基三甲氧基硅烷，再超声一段时间，得到前驱体；再将氧化石墨烯粉末制成氧化石墨烯分散液，与前驱体按照一定质量比混合，然后加入氨水和柠檬酸，得到材料中间体；最后将材料中间体在预定气氛中升温至一定温度，保温一定时间再降至室温，即得锂离子电池材料，用该方法制备的材料，成分与结构可控，目标材料零损耗，适于大规模生产。氧化物与石墨烯的复合能综合两种成分的优点，改善单一材料的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂电池材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池材料及其采用超组装和脱合金的制备方法。

背景技术

在锂离子电池技术领域中，当前商用的负极材料主要为石墨类材料，然而该类材料存在不少缺点，例如：理论比容量低；寿命短；首次充放电效率低；热稳定性不好等。

与石墨类材料相比，过渡金属氧化物因其独特的储锂机制能够呈现出相对高的可逆比容量而成为研究热点。其中，Co₃O₄性质稳定、具有较高的比容量,NiO储锂容量具有较高的比容量，二者是目前研究比较多的金属氧化物负极材料。但这两种金属氧化物的电子和离子的扩散系数不大，导致其循环性能和导电性能较差。

目前有研究证明材料纳米化是解决上述问题的有效途径之一。纳米材料具有比表面积大、离子嵌入和脱出路径短等特点，削弱了电极在充放电时的极化程度，抑制了脱嵌锂过程中引起的体积变化，使可逆容量和循环能力都得到提高。但是纳米颗粒容易发生团聚。然而，具有特殊形貌的纳米材料能防止团聚现象，保持纳米材料在循环中的结构稳定，提高循环性能。另外，特殊形貌还能够提髙电极与电解液的接触面积，缩短锂离子和电子的扩散距离，提供额外的锂离子储存空间。虽然目前关于制备纳米Co₃O₄和NiO的电池负极材料的方法不少，但是这些方法通常比较复杂，可控性差，且制备出的Co₃O₄和NiO的锂离子电池性能不高。因此亟需研发一种操作简单，可控性好的电池负极材料的制备方法。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种锂离子电池材料及其采用超组装和脱合金的制备方法。

本发明提供了一种采用超组装和脱合金制备锂离子电池材料的方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤S1，将三元合金置于双氧水溶液中，再向双氧水溶液中加入强碱溶液，在预定温度下进行脱合金反应，得到脱合金材料；步骤S2，将所述脱合金材料置于乙醇中超声一段时间后，加入氨丙基三甲氧基硅烷，再超声一段时间得到前驱体；步骤S3，将氧化石墨烯粉末制成氧化石墨烯分散液，将所述前驱体与所述氧化石墨烯分散液按照一定质量比混合，得到混合溶液；步骤S4，向所述混合溶液中加入氨水，搅拌反应后加入柠檬酸，在一定温度下继续搅拌得到材料中间体；步骤S5，将所述材料中间体在预定气氛中升温至一定温度，保温一定时间再降至室温，得到锂离子电池材料，其中，步骤S1中，所述三元合金的组分包括金属Al、Co、Ni；步骤S3中，所述前驱体与所述氧化石墨烯的质量比为20～30：1。

在本发明提供的采用超组装和脱合金制备锂离子电池材料的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S1中，三元合金片中所述Al的原子百分比为70～90％；所述三元合金片中Co/Ni合金总原子的百分比为10～30％；所述Co/Ni合金中所述Co的原子百分比大于0小于100％；

在本发明提供的采用超组装和脱合金制备锂离子电池材料的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S1中，三元合金片中所述Al的原子百分比为80％；三元合金片中所述Co/Ni合金的总原子百分比为20％；Co/Ni合金中所述Co的原子百分比为25％、50％或75％中的任意一种。