[发明专利]一种锡钒钴锰复合氧化物纳米颗粒及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锡钒钴锰复合氧化物纳米颗粒及其制备方法，本发明中将一定量的醋酸锰，醋酸钴，乙酰丙酮钒，乙二酸二丁基锡溶于一定体积的N,N‑二甲基甲酰胺和乙醇中，然后加入适量的聚乙烯吡咯烷酮，搅拌，得到棕红色的前驱体混合物溶液；然后在一定的电压、流率及一定的相对湿度氛围下进行静电纺丝；然后将静电纺丝产品进行烧结得到锡钒钴锰复合氧化物纳米颗粒。电化学实验证明本方法制备的锡钒钴锰复合氧化物纳米颗粒，作为锂离子电池负极材料具有广阔的应用前景。在整个制备过程中，操作简单，原料成本低，设备投资少，适合批量生产。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及到一种锡钒钴锰复合氧化物纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

纳米材料有着一系列特性，如量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应和量子隧道效应，因而带来在光、电、磁、热、声乃至超导等方面与宏观特性显著不同，使得它们在磁性材料、电子材料、光学材料、新型电池等方面有着广泛应用的背景。

纳米材料还具有比表面积大、表面活性高、离子扩散路径短、蠕动性强和塑性高等特点，将其应用于锂离子电池电极材料可显著提高脱/嵌锂容量和延长电极的循环使用寿命及改善电极材料与电解质溶液的浸润性(李泓等人，锂离子电池纳米材料研究，电化学，2000,6(2):131-145；黄学杰等人，纳米储锂材料和锂离子电池，物理，2002,31(7):444-449；Farrington G C等人，J.Electrochem.Soc.,1996,143,3590)。锡基负极材料理论比容量较高，在充放电过程中嵌锂电位较低，不存在溶剂共嵌入问题，安全性能好，同时具有更高的体积比能量与质量比能量，因此锡的氧化物、锡基复合氧化物等材料受到越来越多的关注(吴国良等人，锂离子电池负极材料的现状与发展，电池，2001,31,54-57)。锡氧化物SnO_X虽具有很高的可逆嵌锂容量，但首次不可逆容量较高，表现出较差的循环性能。钒酸盐化合物中的(V_xO_y)通常构成层状结构，非常有益于Li⁺的插入和脱出，同时由于钒酸盐具有不溶于电解质溶液特性。因此，凭借钒酸盐优异的电化学性能，其作为锂电池材料的研究，近年来也逐渐得到重视。2014年李登兵等人采用水热法制备了单分散的M相二氧化钒纳米颗粒(单分散的M相二氧化钒纳米颗粒的制备方法，公开号为CN104071843A)。但钒酸盐化合物在脱嵌Li的循环相变过程中，其中的不可逆相变将导致充放电能力的衰减，引起容量损失(Jin K等人，Journal of power sources,1999,83(1),79-83)。目前，钴系正极材料及其改性材料在市场上仍占主导地位。2014年，王成驱等人利用水热法制备了四氧化三钴类球型颗粒用于锂离子电池的正极材料，并探讨了其电化学性能(王均成等人，电池级四氧化三钴生产工艺研究，金属功能材料，2014,21(2):36-40)。但材料的热稳定性仍有待提升。对于锰系材料，可作为制备尖晶石型锰酸锂的锰源有MnO₂、Mn₂O₃、Mn₃O₄、MnCO₃等锰的化合物。2006年，Fang等人用球磨法制备了LiNi_0.5Mn_1.5O₄，并探究了该材料制成锂离子电池后的充放电循环性能(Fang等人，Mater Lett.,2006,60(9-10):1273-1275)。陈丽鹃等人以硫酸锰为原料，采用鼓风氧化法制备得到的四氧化三锰产品(陈丽娟等人，锂二次电池正极材料用四氧化三锰的制备研究，应用化工，2012,41(3):473-479)。但锰酸盐作为锂离子电池材料在应用方面还存在循环使用次数不够理想等问题。为进一步提高锂离子电池的电化学性能，本发明采用静电纺丝技术制备了一种锡钒钴锰复合氧化物(SnO₂/VO₂/CoO/Mn₃O₄)纳米颗粒。

发明内容