[发明专利]一种锂离子电池用金属/过渡金属氧化物复合负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用金属/过渡金属氧化物复合负极材料及其制备方法，该负极材料的结构式为M₁/M₂O，含有金属元素M₁及M₂的两种复合金属盐前驱体在高温条件下分解为复合金属氧化物M₁O/M₂O，在高温还原性混合气气氛中煅烧，含有元素M₁及元素M₂的前驱体由于氧化还原电极电位的差异，还原气将氧化还原电势较高的M₁O原位选择性还原成金属M₁，而M₂O可以保持氧化态不变，原位还原得到金属M₁/金属氧化物M₂O复合负极材料。本发明制备方法简单，对多种方法制备的前驱体具有很强的适用性和通用性，原位还原所制备的均匀分布的金属M₁有效提高过渡金属氧化物M₂O的电子电导率，提升材料的倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料制备技术领域，具体是一种锂离子电池用金属/过渡金属氧化物复合负极材料的制备方法。

背景技术

进入21世纪，随着经济和社会的发展，人们对于能源的需求不断增加。其中化学电源替代传统的化石能源能够有效地缓解能源危机及环境污染问题。由于锂离子电池具有能量密度高、开路电压高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等突出优势，被广泛应用于便携式电子市场、电动汽车、航天等领域。但是目前的锂离子电池技术不能满足持续增长的能量密度需求，且有倍率性能差、充放电速度慢等缺点，导致了电动汽车的行驶路程短、充电时间长、启动速度慢等缺陷因此，研发高比容量和高比能量的锂离子电池材料是当前科研工作者亟需解决的问题之一。负极材料的能量密度是影响锂离子电池能量密度的主要因素之一，负极材料在锂离子电池化学体系中起着至关重要的作用。目前应用最广的为石墨负极材料，理论容量为372mAh/g，而已经商业化的高端石墨材料的实测容量达到仅为365mAh/g，所以需要开发新的高能量密度的负极材料来推动锂离子电池的发展。

过渡金属氧化物(TMOs)作为锂离子电池电极材料时具有高比容量、储备丰富、价格低廉、环境友好、安全和容量高等优点，被认为是一种很有前景的负极替代材料。可作为锂离子电池负极材料的过渡金属氧化物如CoO，Co₃O₄，Fe₂O₃，Fe₃O₄，MnO，CuO以及NiO等的放电平台普遍高于石墨的放电平台，可以在一定程度上避免锂枝晶的产生，有利于提高电池的安全性能。与碳材料相比，过渡金属氧化物具有更好的安全性和倍率特性，其充放电机理为，在Li⁺嵌入和脱出过程分别对应于过渡金属氧化物发生还原或氧化反应，并伴有Li₂O的生成和分解。Li₂O具有反应活性，在氧化过程中可以发生部分分解重新生成金属锂，生成的纳米金属粒子则重新被氧化为金属氧化物。

但过渡金属氧化物纳米材料作为下一代锂离子电池负极材料，其广泛应用仍存在材料导电性能差，电子传输能力低等亟需解决的难题，为有效解决此问题，制备金属/金属氧化物复合负极材料是一个不错的方向，高电子电导的金属在纳米粒子表面可以改善过渡金属氧化物电子电导率低的缺陷，同时可以减小氧化物颗粒之间的界面电阻，为锂离子电池负极材料发展提供新的方向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种锂离子电池用金属/过渡金属氧化物复合负极材料的制备方法，均匀分布的具有高电子电导的金属M₁可以对电子电导低的过渡金属氧化物M₂O进行微观修饰，改善过渡金属氧化物在作为负极材料方面电子电导率低的缺陷，提升负极材料的倍率性能。本发明整个制备过程简单，对多种方法制备的前驱体具有很强的适用性和普遍性，可以对过渡金属氧化物实现原位改性，极大的提高电化学性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：