[发明专利]一种高倍率锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高倍率锂离子电池负极材料的制备方法，属于化学电源材料领域。

背景技术

锂离子电池(LIBs)在清洁储能上扮演者领导市场的角色，尤其是在现在的便携设备处能上，如智慧型手机iPhone、笔记本电脑等。尽管LIBs拥有诸多优点，如无记忆效应、安全无污染、高的比容量，但是目前由于电动汽车的发展引发了对LIBs性能的更好要求，尤其是其大电流充放电倍率性能。目前LIBs不尽如人意的倍率性能主要是由于电极-电解液界面上较慢的电化学反应和充放电过程中较差的锂离子传导性引起的。过渡金属氧化物TMOs(ZnO、CuO、Fe₂O₃、Co₃O₄等)是一类在自然界中广泛存在的无机材料，形貌各种各样，制备方法众多且简便，用作锂离子负极材料时拥有远远高于传统碳材料的理论容量。除此之外，TMOs的放电平台普遍高于石墨，可以在一定程度上避免锂枝晶的产生，有利于改善电池安全性能。

氧化锌(ZnO)是一种常见的化学添加剂，在自然界中来源丰富，价格低廉，热稳定性和化学稳定性良好，在塑料，合成橡胶，粘结剂，润滑油等产品中被广泛使用。此外，作为一种新型的Ⅱ-Ⅵ族直接带隙宽禁带化合物半导体材料，ZnO具有优异的电学和光学特性，在太阳能电池和碱性锌锰电池中得到一系列研究和商业化应用^[73,74]。近年来，随着锂离子二次电池对新型高容量高功率负极材料的迫切需求，ZnO以其较高的理论比容量(978mAhg^-1)引起了研究人员的关注。但是，目前研究结果表明，ZnO在锂离子负极材料领域离实用化还有一定的距离，这主要是是因为它即使在小电流循环下容量衰减也很严重，可逆容量低于200mAhg^-1。追溯其原因，主要有两个，一是在Li_xZn合金的形成过程中材料存在较为严重的体积变化最终导致活性物质的粉化和脱落；二是ZnO作为半导体材料，导电性较差，电接触不好以致电极失效。目前对ZnO的改性主要包括制备具有纳米形貌结构的ZnO,与其他活性材料的复合(如碳，金属氧化物等)，以及直接在导电基底上生长ZnO活性物质。相较单体而言，材料的电化学储锂性能都得到一定的提高，但都还未接近其理论水平，倍率性能上起色不大，远未达到实用化水平，还具有很大的发展提升空间和前景。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有锂离子电池负极材料在大电流充放电制度下的倍率性能较差的缺点，提供一种高倍率锂离子电池负极材料的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种高倍率锂离子电池负极材料的制备方法，具体步骤为：

步骤一、先将高分子聚合物、锌盐和导电介质前躯体盐类溶解在N-N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，持续搅拌使其完全溶解，溶液呈透明状；

步骤二、将步骤一所得透明溶液移至静电纺丝设备，在高电压下进行静电纺丝喷射；

步骤三、待溶液喷射完全，从铝箔上揭下收集到的薄膜，转移至真空干燥箱进行干燥处理；

步骤四、将干燥后的产物分两步进行阶段升温。待反应结束后冷却至室温，取出产物即为氧化锌/导电介质/碳纳米纤维。

步骤一中高分子聚合物，包括聚苯胺、聚吡咯、聚乙烯、聚丙烯腈或聚噻吩；

步骤一中锌盐为乙酸锌、氯化锌、碳酸锌、硫酸锌或硝酸锌；

步骤一中导电介质前躯体盐类包括乙酸铜、氯化铜、硝酸铜、碳酸铜、硝酸银、硝酸镍和氯化镍；

步骤一中导电介质为铜、银和镍；

步骤四中阶段升温的第一步是在空气气氛下，温度范围为30-300℃；阶段升温的第二步是在氩气气氛下，温度范围为300-1000℃。

有益效果

1、本发明的一种高倍率锂离子电池负极材料的制备方法，制备工艺简单易行，控制精确，可重复性高。