[发明专利]四氧化三钴-FTO纳米线锂电池负极材料及制备方法

说明书

本发明涉及制备Co₃O₄‑FTO纳米线锂电池负极材料的方法，属于锂离子电池领域。制备方法如下：将钴源、无水乙醇混匀得A液；将氟源和锡源按摩尔比1:1.5～15溶于水、无水乙醇和DMF的混合液中，混匀得B液；再将A液和B液按质量比1:0.5～20混匀，再加入粘结剂得到C液；将C液进行气纺丝，设置纺丝液流速为2.2～12mL/h，气压为0.02～2MPa，喷丝头与收集装置之间的距离为10～50cm；得到前驱体纤维，烧结，即得所述Co₃O₄‑FTO纳米线锂离子电池负极材料。本发明提供了一种简便、快速制备Co₃O₄‑FTO纳米线锂离子电池负极材料的方法，并且制得的负极材料电极容量大，循环稳定性好。

技术领域

本发明涉及一种制备Co₃O₄-FTO纳米线锂电池负极材料的方法，属于锂离子电池领域。

背景技术

近年来，锂离子电池因其具有安全无污染、无记忆效应、高能量密度以及良好的可充电等优点，被认为是应用于便携式设备和混合动力电动汽车等最有前途的能源之一，亦被称为21世纪的理想电源。

在锂离子电池中，负极材料是最重要的组成部分，因为其吸/脱附锂离子的能力影响着锂离子电池的性能，故负极材料的容量是影响电池容量的重要因素之一。目前，商品化的锂离子电池主要采用石墨作为负极材料。然而，石墨的理论嵌锂最大容量仅为372mAh/g，故积极探索比容量高、安全性能好的新型非碳负极材料，已成为国际的研发热点。其中，纳米级的Co₃O₄作为一种尖晶石型过渡金属氧化物在锂离子电池上大显身手，而SnO₂因为具有高比容量(理论充放电比容量为782mAh/g)、低嵌锂电势、安全性能好等优点而备受关注。氟掺杂二氧化锡(FTO)更具有高透光率和低电阻被广泛用于各种显示设备，而且SnO₂与Co₃O₄资源丰富，价格便宜，对环境污染小，有望代替碳材料成为新型锂电池负极材料。然而FTO与Co₃O₄在吸/脱附锂离子的过程中存在严重的体积效应，并且循环期间离子电池的反复嵌入与脱出过程中易出现粉化现象，从而导致FTO与Co₃O₄首次不可逆容量变大，电化学性能迅速下降，循环稳定性较差，限制了它在锂离子电池中的广泛应用。

研究表明，制备纳米结构FTO与Co₃O₄是提高材料循环稳定性的有效方法之一。与微米尺度的电极材料相比，纳米材料能缩短电子、离子的传输距离，增大电极/电解液界面的面积，特别是可缓冲体积变化所产生的应力，进而提高电极材料的循环稳定性。纳米纤维材料相比于纳米材料具有更高的比表面积，制得的电极材料性能更好。

但是，将FTO-Co₃O₄进行纺丝很困难，FTO难以分散在溶剂中，目前还没有将FTO-Co₃O₄纺丝成功的先例。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种采用气纺丝制备Co₃O₄-FTO纳米线的方法。

Co₃O₄-FTO纳米线锂电池负极材料的制备方法，按以下步骤制备而成：

a、将钴源、无水乙醇混匀得A液；将氟源、锡源按摩尔比1:1.5～15，溶解于水、无水乙醇和二甲基甲酰胺的混合液中，再加入HF，混匀得B液；控制B液中HF的质量百分浓度为2～10％；