[发明专利]一种高容量二氧化钼负极材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种高容量负极材料的制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池因能量密度高、平均开路电压高和循环寿命长等优点已广泛应用于移动、便携式电器。软包装锂离子电池因其尺寸可灵活设计、安全性能好等优势而广泛应用在消费电子产品领域。但电子产品小型化、轻薄化的发展对锂离子电池的能量密度要求也越来越高，对锂离子电池电极材料的容量要求也越来越高，尤其是负极活性材料。

目前，商品化的锂离子电池负极材料多采用石墨材料，但其理论容量仅372mAh/g，且压实密度低(1.5～1.7g/cm³)，大大限制了锂离子电池能量密度的进一步提升。

二氧化钼因其具有高容量(838mAh/g)、高压实密度(6.5g/cm³)而被广泛研究。复旦大学的L.C.Yang等人采用高温还原三氧化钼的方法制备的二氧化钼负极材料，容量仅318mAh/g(Journal of Power Sources，179(2008)：357-360)，不能满足工业化生产的应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种高容量二氧化钼负极材料的制备方法，解决目前的负极材料容量有限，不能适应工业化生产的问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种高容量二氧化钼负极材料的制备方法，其主要步骤如下：

1)将体积比为1∶1∶10的去离子水、无水乙醇及10％的聚乙烯醇溶液混合，按0.02～0.04克/毫升加入钼酸铵，得到前驱体溶液。

2)前驱体溶液在8千伏的高压作用下，成为钼酸铵与聚乙烯醇的复合纳米纤维。

3)将得到的纳米纤维在空气中稳定，稳定过程为以每分钟1℃的升温速度到180℃，保温30分钟，然后再以相同的升温速度升到300℃，保温30分钟。

4)将稳定过的纳米纤维在氢氩混合气体的还原气体气氛中500～800℃高温还原4～12小时，得到有碳包覆层的二氧化钼纳米纤维复合材料。

通过本发明的静电纺丝及两步热处理法得到的有碳包覆层的二氧化钼的复合纳米纤维，由于碳的包覆及纳米尺度的二氧化钼的共同效应，该材料具有良好的储锂性能。

本发明的优点在于：

第一，制备出的二氧化钼活性材料比容量高，倍率性能好；

第二，制备出的二氧化钼活性材料循环稳定性好，库伦效率高；

第三，制备出的二氧化钼活性材料具有包覆层，提高了活性材料的电子传导性能和离子传导性能；

第四，制备方法简单，适合大规模生产。

附图说明

图1中，(a)，(b)是钼酸铵与聚乙烯醇复合纳米纤维的不同放大倍数FESEM图；(c)是有碳包覆层的二氧化钼纳米纤维的FESEM图；(d)是有碳包覆层的二氧化钼纳米纤维的XRD图。

图2中，(a)，(b)是有碳包覆层的二氧化钼纳米纤维的不同放大倍数TEM图；(c)是有碳包覆层的二氧化钼纳米纤维的电子衍射花样图；(d)是有碳包覆层的二氧化钼纳米纤维的HRTEM图。

图3是有碳包覆层的二氧化钼纳米纤维的循环伏安图。

图4是有碳包覆层的二氧化钼纳米纤维的充放电曲线(电流为50mA/g)。

图5是有碳包覆层的二氧化钼纳米纤维的倍率性能及循环性能图。

图6是无有碳包覆层的的二氧化钼颗粒的倍率性能及循环性能图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例一

首先，将1克钼酸铵，4毫升去离子水，4毫升无水酒精及40毫升10％的聚乙烯醇溶液混合得到的前躯体溶液。

其次，将前驱体溶液在8千伏的静电高压作用下，成为钼酸铵与聚乙烯醇的复合纳米纤维。

然后，将得到的纳米纤维先在空气中稳定，稳定过程为以每分钟1℃的升温速度到180℃，保温30分钟，然后再以相同的升温速度升到300℃，保温30分钟。

图1中(a)，(b)是钼酸铵与聚乙烯醇复合纳米纤维的不同放大倍数FESEM图。可以看出经过空气中稳定及还原气氛下还原得到的有碳包覆层的二氧化钼的复合纳米纤维很好的保持了很好的纤维结构。

最后，再将稳定过的纳米纤维在氢氩混合气氛中600℃还原碳化5小时，得到了有碳包覆层的二氧化钼复合纤维。