[发明专利]转化型过渡金属氧化物负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池电极材料制备领域，具体涉及一种转化型过渡金属氧化物负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有高容量、高电压和循环寿命长等显著优点而被广泛应用于移动电子设备、国防工业、电动汽车等领域。当前，锂离子电池的负极主要是碳基负极材料，主要为石墨负极材料，但石墨负极材料的理论比容量为372mAh/g，较低的容量限制了电池能量密度的进一步提升。过渡金属氧化物如FeO、CoO、NiO、Cu₂O等，因具有较高的容量被认为是一类非常有应用前景的锂离子电池负极材料。过渡金属氧化物材料主要分为粉体材料和薄膜材料两类。对于薄膜材料，一般使用碳黑、黏结剂PVDF和活性物质混合制备电极片。但是在充放电循环过程中，过渡金属氧化物电极材料的体积会发生较大膨胀，甚至引起材料粉化，从而导致其倍率性能和循环稳定性都比较差。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种转化型过渡金属氧化物负极材料及其制备方法。本发明以阿拉伯树胶水溶液作为电极薄膜粘结剂，替代了传统的聚偏氟乙烯，利用阿拉伯树胶的柔韧性改善了过渡金属氧化物电极材料体积变化的问题，从而很大程度地提高了过渡金属氧化物电极材料的倍率性能和循环稳定性。

为实现上述技术方案，本发明采用如下技术方案：

一种转化型过渡金属氧化物负极材料包括集流体和涂覆于集流体上的转化型过渡金属氧化物薄膜材料；所述的薄膜材料是以阿拉伯树胶水溶液作为粘结剂。

所述的阿拉伯树胶水溶液的浓度为40-100 mg·ml^-1。

阿拉伯树胶水溶液的浓度直接关系到电极片的制作质量，当浓度不合适时，所制得的电极片质量不佳，进而影响电池的倍率性能等。40-100 mg·ml^-1是优选的浓度范围，当浓度低于40 mg·ml^-1或高于100 mg·ml^-1时，电池的倍率性能明显变差。

所述的薄膜材料是由过渡金属氧化物、乙炔黑和阿拉伯树胶水溶液按照质量比70-80:10-15:10-15混合研磨而成的。

所述的过渡金属氧化物包括Fe₂O₃、FeO、CoO、NiO和Cu₂O。

一种如上任一项所述的转化型过渡金属氧化物负极材料的制作方法：将薄膜材料均匀地涂覆在集流体上烘干后做负极，

一种锂离子电池，包括正极、负极和电解液，其中负极采用如上所述的负极材料。

本发明的有益效果在于：

1）本发明利用阿拉伯树胶作为电极薄膜粘结剂，与传统的聚偏氟乙烯作为粘结剂相比，阿拉伯树胶的柔韧性可显著改善过渡金属氧化物电极材料体积变化的问题，从而很大程度地提高过渡金属氧化物电极材料的倍率性能和循环稳定性；

2）本发明的负极材料的制备方法操作简便、成本低、环保、性能优异，此方法还能推广至其它电极薄膜等领域。

附图说明

图1以Fe₂O₃为过渡金属氧化物，以阿拉伯树胶（GA）、聚偏氟乙烯（PVDF）分别作为粘结剂组装成的锂离子电池的倍率性能图；

图2以Fe₂O₃为过渡金属氧化物，以阿拉伯树胶（GA）、聚偏氟乙烯（PVDF）分别作为粘结剂组装成的锂离子电池，在0.1A/g电流密度下的循环性能图。

图3以Fe₂O₃为过渡金属氧化物，以阿拉伯树胶水溶液（GA浓度为20 mg·ml^-1）为粘结剂的的锂离子电池的倍率性能图。

具体实施方式

本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。

实施例1

锂离子电池的组装：

1）先将6 g 阿拉伯树胶与100 ml去离子水混合，通过搅拌和超声得到均匀的溶液（浓度为60 mg·ml^-1）； 2）然后将Fe₂O₃:乙炔黑:阿拉伯树胶＝78:10:12混合研磨后均匀地涂在1.2 cm²的铜片上做工作电极，对电极为金属锂，电解质是1 M LiPF₆的EC+DEC+DMC (EC/DEC/DMC=1/1/1 v/v/v) 溶液；电池组装在氩气保护下手套箱里进行（氧气和水分含量均低于1ppm）。