[发明专利]一种锂离子电池阳极材料钙钴氧化合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池阳极材料及其制备方法，特别涉及一种锂离子电池阳极材料钙钴氧层状化合物的制备方法。

背景技术

随着人类科技日益发展，对能源的消耗和依赖越来越大，对环境的破坏也越来越重。能源的储存与转化在充分利用地球资源，以及改善人类生态环境等方面起着越来越重要的作用。化学电源作为能源储存与转化的一种重要方式，已经在人类日常生活中得到广泛的应用。锂离子电池凭借能量密度高、寿命长、无记忆效应等优点，在电动汽车、储能应用、便携电子设备中占据重要地位。

随着锂离子电池需求的加大，人们对锂离子电池材料的研究也越来越重视。一直以来，石墨都被用作为锂离子电池首选的阳极材料，但由于其理论容量的限制（约372mAh/g），人们也一直在寻求其他的替代方式，研究新型的锂离子电池阳极材料。最近几年，过渡金属氧化物（钴、镍、铜、铁等）已被报道出通过离子置换可实现非常大的可逆容量，但是在实际使用中容量衰减太快，使用寿命大打折扣，一个可能的原因是这类材料在锂离子脱嵌过程中体积变化过大。而一些由过渡金属氧化物组成的通常被用于热电材料的复合层状化合物，例如Ca₃Co₄O₉，该材料化学结构为CoO₂与CoCa₂O₃复合堆叠结构，其结构正好弥补单纯的过渡金属氧化物结构上的不足，可有效抑制过渡金属氧化物的体积变化，并且具备热稳定性高、耐氧化性高以及毒性较低的特点，是一种理想的锂离子电池阳极材料。国内目前制备的Ca₃Co₄O₉材料均使用于热电材料领域，本发明所制备的Ca₃Co₄O₉材料可用作锂离子电池阳极材料，并且具备良好的充放电效率。

另有中国专利号为：CN201210112609.9公开一种特殊形貌的Ca₃Co₄O₉/Ag复合陶瓷热电材料制备方法，上述方法属于陶瓷热电材料领域，其使用无机钙盐和钴盐作为反应物，在Ca₃Co₄O₉生成过程中或残留无机化合物，对锂离子电池材料有不利影响。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种锂离子电池阳极材料钙钴氧层状化合物的制备方法，本方法采用溶胶凝胶法，所制得材料颗粒均匀，材料比容量高，并且具有良好的充放电效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种锂离子电池阳极材料钙钴氧层状化合物的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：

A、称量反应物：所述反应物包括Ca(CH₃COO)₂、Co(CH₃COO)₂和螯合物，所述Ca(CH₃COO)₂与Co(CH₃COO)₂按Ca：Co=3：4的摩尔计量比称取；所述螯合物按反应金属Ca与Co：螯合物=1：1～3的摩尔计量比称取；

B、溶解：将上述A步骤中的反应物置入反应容器中，按每摩尔反应物溶于0.5～2L去离子水的比例，溶解反应物成混合溶液；

C、搅拌：将混合溶液搅拌至溶胶状态，搅拌温度控制在60℃～100℃，搅拌时间为3～6h；然后将搅拌后的溶胶置于100℃烘箱内干燥8～16h，获得干凝胶；

D、烧结：将干凝胶粉碎，置于高温炉中烧结，先在350℃～450℃范围预烧16～24h，然后升温至600℃～700℃烧结3～6h，获得Ca₃Co₄O₉成品。

步骤A中所述螯合物为柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸、乙二胺四乙酸中的一种。

该材料化学式为Ca₃Co₄O₉；该材料在1C倍率下首次放电比容量可达1200mAh/g，首次充电后材料与锂离子发生反应，获得稳定结构，1C倍率下50次循环后比容量仍可达400mAh/g。其充放电反应为：

Ca₃Co₄O₉+12Li→3CaO+4Co+6Li₂O       （首次放电）