[发明专利]锂离子二次电池碳/金属氮化物复合负极材料制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学和电化学技术科学领域，具体涉及一种高比容量、高倍率性能的锂离子二次电池碳/金属氮化物复合负极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，锂离子二次电池以其高能量密度、高电压、无污染、长循环寿命、快速充放电等方面的优异性能和日趋降低的制作成本，使得锂离子二次电池在许多行业得到了大规模的应用。随着移动通信、手提电脑、数码摄像等全球电子信息产业的迅猛发展，各种产品对小型化、轻量化及多功能、长时间驱动化储能锂离子二次电池的要求不断提高，亦即对电极材料的性能要求越来越高，特别是负极材料。

目前商品化锂离子电池中，负极材料多采用石墨材料，但该电极材料本身理论储锂容量被限制在372mAh/g(LiC₆)，且人造石墨的热处理温度高达2800℃，材料成本高，如中国专利CN1624955、CN1691374；另外单纯通过改进电池制备工艺来提高电池性能已难以取得突破性进展，因此开发高比容量的锂离子电池负极材料成为人们研究的焦点。C.S.Wang等人采用石墨与硅粉通过机械球磨的方法制备的硅/碳二元体系复合材料虽然首次嵌锂容量较高，但充放电性能不稳定，倍率性能恶劣(J.Electrochem.Soc.，8(1998)：2751-2758)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子二次电池碳/金属氮化物复合负极材料制备方法。

为实现上述目的，本发明提供的锂离子二次电池碳/金属氮化物复合负极材料制备方法，其主要步骤为：

1)将一种或多种金属有机化合物物溶于乙醇中，配制成一定摩尔浓度的溶液；金属有机配合物可以为钛、钒、铬、铁、锰、镁、钼等的化合物中的一种或多种混合物。

2)按金属与氮化碳1∶1-3∶1的重量比向步骤1溶液中加入介孔氮化碳(G-C₃N₄)，超声振荡5-30min，之后减压处理，使得孔内空气充分释放出来；

3)将步骤2的产物进行抽滤，同时滴加乙醇，之后进行干燥；

4)将步骤3的产物，在惰性气体保护下，按升温速率为1-10℃/min升温至600-1000℃进行热处理自然降温，得到碳/金属氮化物复合负极材料；惰性气体可以为氮气、氩气等气体。

本发明的优点在于：

(1)比容量高、倍率性能优越；

(2)改善了电子传导性能和离子传输性能；

(3)制备工艺简单，在锂离子电池的实际应用当中具有十分重要的意义。

附图说明

图1是本发明碳/金属氮化物复合负极材料的X射线衍射图。

图2是本发明碳/金属氮化物复合负极材料的高倍率透射电镜图。

图2a是实施例1制备的碳/金属氮化物复合负极材料的透射电子显微镜图。

图2b是实施例1制备的碳/金属氮化物复合负极材料的电子衍射图。

图2c是比较例1制备的碳复合氮化钛复合电极材料的透射电子显微镜图。

图2d是比较例1制备的碳复合氮化钛复合电极材料的电子衍射图。

图3是本发明碳/金属氮化物复合负极材料的充放电曲线。

图4是本发明碳/金属氮化物复合负极材料的倍率性能。

具体实施方式

本发明的碳/金属氮化物中，含有一种或两种及以上过渡金属氮化物，这些氮化物本身具有高比容量、良好的电子导电性和强大离子传输网络，除了形成LiC₆储锂外，还依靠如下方式储锂：

其中M为过渡金属，形成了高嵌锂化合物Li₃N。另外复合材料中的过渡金属氮化物大小为纳米级，有利于电解液的扩散以提高锂离子传输性质，从而克服了普通负极材料容量低下、倍率性能恶劣等缺点。

下面用实施例来进一步阐述本发明，但本发明并不受此限制。

实施例1

将228mg Ti(OC₂H₅)₄和606mg VO(OC₂H₅)₃溶于2g乙醇中，向其中加入0.5g介孔氮化碳(G-C₃N₄)，将此混合物超声振荡处理10min，之后减压除去孔内的空气；然后进行抽滤，同时逐滴滴加2ml乙醇进行洗涤；干燥后，在氮气保护下以3℃/min升温至800℃，热处理3h后自然降温，得到碳复合氮化钛钒的电极材料Ti-V-N/C。