[发明专利]锂离子电池用复合负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于锂离子电池的CuNiP/C复合负极材料的制备方法，该方法具体为将硝酸铜、乙酰丙酮镍溶解于乙醇溶液，再将混合溶液加入至溶有聚乙烯醇和均苯三酸的N,N‑二甲基甲酰胺的溶液中，强力磁力搅拌至混合均匀；所得溶液移入至高压反应釜中在一定温度条件下反应，离心分离，真空干燥，得到混合金属有机框架模板，在保护气氛下将自牺牲模板磷化煅烧处理后即可获得CuNiP/C复合负极材料。本发明工艺简单易于操作，材料孔洞结构丰富；碳材料复合可以加快锂离子和电子传输速度，增加材料的电化学活性；得到的CuNiP/C相比于同类氧化物材料具有更良好的储锂性能。

技术领域

本发明属于材料合成及能源技术领域，具体涉及一种锂离子电池用CuNiP/C复合材料制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、循环寿命长、无记忆性等优点，在数码、储能、电动汽车等领域得到广泛的应用，成为应用前景最为明朗的高能电池体系。

目前商业化的锂离子电池多用石墨负极材料，但石墨材料存在比容量低的缺点，其理论容量只有372mAh/g。金属氧化物负极虽然具有较高的理论容量，但是却一直存在首次库伦效率低、导电性能差和倍率性能不佳等问题困扰。因此，开发新型高性能负极材料是发展下一代高能量密度锂离子电池的关键。金属磷化物具有超高的可逆容量、不错的电子传递率和倍率性能等优点，是值得深入研究的新型锂离子电池负极材料。但是此类材料在储能过程的体积膨胀明显，导致循环寿命不佳。

发明内容

针对以上问题，本发明通过多孔金属有机框架物模板的合成，设计制备了多孔CuNiP/C复合材料作为锂离子电池负极。该方法工艺简单，产品的理化性质均匀，材料具有较大比表面积，为膨胀效应提供了足够的空间，模板煅烧后残留的碳材料能够起到稳固颗粒结构并增强电子的传输速度的作用，从而延长了金属磷化物的使用寿命。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

(1)将硝酸铜、乙酰丙酮镍溶解于乙醇溶液，磁力搅拌0.5-3h，再将混合溶液加入至溶有聚乙烯醇和均苯三酸的N,N-二甲基甲酰胺的溶液中，强力磁力搅拌0.5-3h，将溶液放入高压反应釜中，在70～180℃下反应，并恒温10～36h；

(2)用乙醇将步骤(1)中产物冲洗，然后离心分离，再在70～120℃下真空干燥6～24h，得到混合金属有机框架模板Cu/Ni-BTC；

(3)将模板Cu/Ni-BTC在氮气气氛下，与次亚磷酸氢钠混合煅烧，煅烧温度200～400℃，即可得到用于锂离子电池的CuNiP/C复合负极材料。

进一步地，步骤(1)中硝酸铜、乙酰丙酮镍的质量比为1:(0.5～5)，硝酸铜与均苯三酸的质量比为1:(0.1～3)，硝酸铜与聚乙烯醇的质量比为1:(1～6)。

进一步地，步骤(1)中N,N-二甲基甲乙醇酰胺和乙醇的体积比为1:(0.5～4)。

进一步地，步骤(3)中模板与次亚磷酸氢钠的质量比为1：(2～20)。

进一步地，步骤(3)中煅烧条件为：升温速率1～10℃/min，煅烧时间为1～5h。

进一步地，所述混合金属有机框架模板Cu/Ni-BTC为多孔结构，比表面积为100～400m²/g。

进一步地，所述CuNiP/C复合负极材料粒径大小为100nm～1000nm，碳含量为0.5～12wt.％，比表面积为50～700m²/g，孔洞直径为5～40nm。

本发明所采用的技术方案与现有技术相比，至少具有下列优点：

1、本发明首先制备电极材料的模板，通过磷化煅烧将碳附着在金属磷化物颗粒表面，制备方法简单。