[发明专利]一种锂离子电池用金属氧化物/碳负极材料的形貌调控方法

说明书

技术领域

本发明属于高能电池材料技术领域，具体涉及锂离子电池用MO_x/C复合负极材料形貌的一种调控方法。

背景技术

锂离子电池由于具有高的能量密度和长的循环寿命已广泛应用于便携式电子器件中，在储能和动力电池领域有着良好的应用前景。然而，想要进一步提高锂离子电池的能量密度，我们需要开发新型的高容量负极材料来替代现有的商业化石墨负极(其理论容量仅372mAh·g^-1)。基于转化机制的金属氧化物负极材料具有比容量高和价格便宜等优点有望满足下一代锂离子电池负极材料的要求。

目前金属氧化物作为锂离子电池负极材料主要存在动力学过程缓慢、充放电过程中晶体体积变化大及循环性能差等问题。为改善金属氧化物的电化学性能，研究者们提出许多有益的手段，如材料纳米化、碳包覆、石墨烯/碳纳米管负载及材料介孔化等(参见(a)Jiang,H.；Hu,Y.；Guo,S.；Yan,C.；Lee,P.S.；Li,C.ACS Nano 2014,8(6),6038-6046.(b)Sun,B.；Chen,Z.；Kim,H.-S.；Ahn,H.；Wang,G.Journal of Power Sources 2011,196(6),3346-3349.(c)Xia,Y.；Xiao,Z.；Dou,X.；Huang,H.；Lu,X.；Yan,R.；Gan,Y.；Zhu,W.；Tu,J.；Zhang,W.；Tao,X.ACS Nano2013,7(8),7083-7092.(d)Zhao,G.；Huang,X.；Wang,X.；Connor,P.；Li,J.；Zhang,S.；Irvine,J.T.S.Journal of Materials Chemistry A 2015,3(1),297-303.)。众所周知，材料的形貌和结构对其电化学性能有着重要的影响。如何有效设计形貌可控的高性能电极材料仍是研究者们的研究重点。

金属有机框架化合物(MOF)由于具有比表面大、孔隙丰富、易于合成等优点，在气体储存、分离、催化、化学传感和药物转移等领域具有良好的应用前景(参见(a)James,S.L.Chemical Society Reviews 2003,32(5),276-288；(b)Chaemchuen,S.；Kabir,N.A.；Zhou,K.；Verpoort,F.Chemical Society Reviews2013,42(24),9304-9332；(c)Li,J.-R.；Kuppler,R.J.；Zhou,H.-C.Chemical SocietyReviews 2009,38(5),1477-1504；(d)Liu,J.；Chen,L.；Cui,H.；Zhang,J.；Zhang,L.；Su,C.-Y.Chemical Society Reviews 2014,43(16),6011-6061.)。最近，越来越多的文献报道了采用MOF材料作为前驱体来合成各种不同的金属氧化物负极材料，如面条状的α-Fe₂O₃,多孔的ZnO/ZnFe₂O₄/C八面体,锐钛矿型多孔TiO₂,介孔Co₃O₄纳米颗粒等(参见(a)Xu,X.；Cao,R.；Jeong,S.；Cho,J.Nano letters 2012,12(9),4988-4991.(b).Feng,Z.；Xianluo,H.；Zhen,L.；Long,Q.；Chenchen,H.；Rui,Z.；Yan,J.；Yunhui,H.Advanced Materials 2014,26(38),6622–6628.(c)Wang,Z.；Li,X.；Xu,H.；Yang,Y.；Cui,Y.；Pan,H.；Wang,Z.；Chen,B.；Qian,G.Journal of Materials Chemistry A 2014,2(31),12571-12575.(d)Li,C.；Chen,T.；Xu,W.；Lou,X.；Pan,L.；Chen,Q.；Hu,B.Journal of Materials Chemistry A 2015,3(10),5585-5591.(e)Zheng,F.；Xia,G.；Yang,Y.；Chen,Q.Nanoscale 2015,7(21),9637-9645.)。然而，这些文献的报道仅局限于对已知的MOF前驱体材料进行一个简单的煅烧处理。据我们所知，目前还没有通过控制MOF组装过程来调控MOF前驱体的形貌，继而得到不同形貌的金属氧化物与碳材料的报道。