[发明专利]一种锂电池用氧化锌/钒酸锂负极复合材料及制备方法

说明书

本发明提供一种锂电池用氧化锌/钒酸锂负极复合材料及制备方法。先制备钒系前驱体及锂系前驱体，将二者与纳米纤维状纳米纤维状氧化锌在球磨机中混合，并采用微波加热煅烧生成氧化锌/钒酸锂复合材料。该方法通过纳米纤维状氧化锌对钒酸锂进行改性，提高材料的结构稳定性、高倍率放电性能及电子迁移率，在烧结过程中由于两种材料的吸波率不同，内部应力增大，退火后出现较多的微孔、裂纹，增加Li离子脱嵌通道，同时本方法采用球磨机及微波加热的制备方法过程简单、能耗低、无污染。

技术领域

本发明涉及锂电池负极材料领域，具体涉及通过纳米纤维状氧化锌改性钒酸锂，特别是涉及一种锂电池用氧化锌/钒酸锂负极复合材料及制备方法。

背景技术

伴随着经济全球化进程和化石燃料的大量使用，环境污染和能源短缺的问题日渐突出。为了减少化石燃料使用过程的污染，发展风、光、电可持续再生能源及新型动力电池和高效储能系统，实现可再生能源的合理配置及电力调节，对于提高资源利用效率、解决能源危机和保护环境都具有重要战略意义。锂离子电池（LIB）具有比能量高、低自放电、循环性能好、无记忆效应和绿色环保等优点，是目前最具发展前景的高效二次电池和发展最快的化学储能电源。

锂离子电池是由锂电池发展而来。锂电池是一类由锂金属或锂合金为正极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂离子电池是在对锂二次电池研究的基础上发展起来的一种新型可充电池。其正负极材料均采用可供锂离子自由嵌脱的具有层状或隧道结构的活性物质，充电时，Li+从正极逸出，嵌入负极，放电时，Li+则从负极脱出，插入正极，即在充放电过程中，Li+在正负极间嵌入脱出往复运动，由此可见，锂离子电池正极和负极材料是决定电池性能的关键因素。

锂离子电池的正极材料是锂离子电池的核心，在电池充放电的过程中，正极材料不但要作为锂源，提供在电池内部正负两极嵌锂材料间往复嵌脱所需要的锂，还要负担电池负极材料表面形成固液界面膜所消耗的锂，理想的正极材料需具备以下特点：电位高、比容量高、密度大、安全性好、倍率性能佳和长寿命等。锂离子电池负极材料应该能够容纳 大量的Li+，具有较高的离子电导率和电子电导率，以及良好的稳定性等。在目前应用的锂电池正极和负极材料中，氧化锌/钒酸锂具有比容量高、价格低廉的独特优点，是传统锂离子电池正极材料，已被广泛研究和应用。此外，氧化锌/钒酸锂因其具有比容量大、工作电压低的特点，也是一种极具前景的水溶液锂离子电池负极材料，因其具有优良的嵌/脱锂性能，作为电池负极材料具有比容量高、成本低等优点，现已成为锂离子电池正负极材料研究领域的前沿和热点。

中国发明专利申请号201410276159.6公开了一种锂离子电池用石墨烯/氧化锌复合负极材料及其制备方法，该石墨烯/氧化锌复合负极材料为共混物，包括石墨烯、氧化锌，该方法是将含水硝酸锌、氧化石墨烯粉末溶于1,2-丙二醇与无水乙醇的混合液中，超声波搅拌后得到ESD用前驱液；将金属衬底固定在基片夹板上，加热至100～250℃；将ESD用前驱液喷雾至衬底材料上；喷雾冷却得到所需材料。

中国发明专利申请号201610044734.9公开了一种氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，该方法将石墨烯粉末和氧化锌粉末混合均匀，然后放入反应炉中加热，并保持通入保护气体进行保温，随后冷却至室温,得到氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料。

中国发明专利申请号201510578783.6公开了一种锂离子电池负极复合材料及其制备方法，该发明先称取锂源和钒源，加入“添加剂和溶剂”或者“络合剂和溶剂”后形成溶液或者浆料；称取锂源和钛源，加入“添加剂和溶剂”或者“络合剂和溶剂”后形成溶液或者浆料；将两种溶液或浆料混合均匀后，干燥、烧结得到复合材料。

中国发明专利申请号201510287168.X公开了一种改性钒酸锂材料及改性方法及在锂离子电池中的应用，由钒酸锂样品在真空条件下，于300～800℃的温度下煅烧1～10小时制得，该方法简单易行，未对钒酸锂的形貌和尺寸进行任何调控及包覆，避免了碳材料或其他物质的引入带来的负面影响，易于实现工业化生产。。