[发明专利]一种柔性自支撑锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性自支撑锂离子电池负极材料，包括泡沫镍及附着于泡沫镍表面的活性成分Fe₂O₃，所述泡沫镍呈现三维多孔网状骨架结构，所述Fe₂O₃原位生长在泡沫镍表面及三维多孔网状骨架结构的孔道中，并呈纳米“鹿角状”结构，所述纳米Fe₂O₃的表面包覆有煤基石墨烯碳量子点；本发明还公开了一种柔性自支撑锂离子电池负极材料的制备方法，该方法采用电沉积技术使Fe₂O₃原位生长在泡沫镍上，并将煤基石墨烯量子点包覆在Fe₂O₃的表面。本发明的材料以以泡沫镍作为骨架，避免使用粘结剂和分散剂，提高了材料的导电性，以CGQDs为包覆材料，有效抑制了Fe₂O₃在充放电过程中的体积膨胀；本发明的制备方法简单高效。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料制备技术领域，具体涉及一种柔性自支撑锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种新型高效的电能储存与转换装置，由于具有比能量高、自放电率小、循环寿命长、环境适应能力强、绿色环保等优点，在电动汽车、便携式电子器件、航空航天等领域展现出广阔的应用前景。目前，商业化锂离子电池主要采用人造石墨等碳材料作为负极，但由于其理论容量低(372mAh/g)、安全性差等问题，制约了锂离子电池的进一步发展。

近年来，过渡金属氧化物材料因具有高的比容量、独特的相转换储锂机制，发展为一种新型锂离子电池负极材料，受到研究人员的广泛关注。其中，Fe₂O₃具有高的理论比容量、合适的工作电压，被认为是最有潜力的负极材料之一。但在锂离子电池充放电过程中，Fe₂O₃脱嵌锂时体积变化比较大，导致负极材料体积膨胀，破坏电极结构，从而使负极材料的可逆性能变差，循环性能下降，电池容量严重衰减。此外，现有的负极材料多为粉体纳米结构材料，在锂离子电池生产过程中需要添加分散剂、导电剂和粘结剂等形成负极浆料，涂覆在集流体表面制备得到电极。然而，负极浆料中添加过多的分散剂、粘结剂容易导致负极的导电性能降低，造成电池内阻增大，从而降低电池使用寿命。

因此，有必要通过对负极材料结构进行合理的设计与优化，从而解决上述技术问题，进一步提升锂离子电池性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种柔性自支撑锂离子电池负极材料。该负极材料以三维多孔网状骨架结构的泡沫镍作为活性组分的支撑骨架，提高了Fe₂O₃活性组分负载量，从而提高负极材料的稳定性和导电性能，然后以CGQDs作为Fe₂O₃表面的包覆材料，有效抑制了电池负极材料中的Fe₂O₃在充放电过程中的体积膨胀问题，同时CGQDs具有良好的电子传输特性，有利于提高电池负极材料的导电性，从而起到“抑制”和“导电”的双重作用。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种柔性自支撑锂离子电池负极材料，其特征在于，包括泡沫镍及附着于泡沫镍表面的活性成分Fe₂O₃，所述泡沫镍呈现三维多孔网状骨架结构，所述Fe₂O₃原位生长在泡沫镍表面及三维多孔网状骨架结构的孔道中，并呈纳米“鹿角状”结构，所述纳米Fe₂O₃的表面包覆有煤基石墨烯碳量子点。

另外，本发明还提供了一种柔性自支撑锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将铁前驱体溶液作为电解液，泡沫镍作为工作电极，铂片作为对电极进行恒电流电沉积，然后将经恒电流电沉积后的泡沫镍烘干后进行煅烧，得到Fe₂O₃自支撑基底；