[发明专利]一种三元钴酸盐体系纳米线状负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，公开了一种三元钴酸盐体系纳米线状负极材料及其制备方法。本发明提供了一种三元钴酸盐体系纳米线状负极材料，其化学式为M_xN_1‑xCo₂O₄，其中，M和N均选自Mg元素、Fe元素、Mn元素、Zn元素，Ni元素或Cu元素，且x为0～1.0。本发明还提供了一种三元钴酸盐体系纳米线状负极材料的制备方法，将可溶性钴盐溶液、表面活性剂、可溶性M金属盐溶液、可溶性N金属盐溶液混合并进行水热反应，烘干并煅烧，得到三元钴酸盐体系纳米线状负极材料。本发明提供了一种三元钴酸盐体系纳米线状负极材料及其制备方法，解决了现有的过渡金属化合物负极材料电导率较低，循环稳定性较差的技术问题。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，公开了一种三元钴酸盐体系纳米线状负极材料及其制备方法。

背景技术

化石能源的快速损耗给人类社会的高速发展拉起来警报，迫使人类要尽快开发和普及一种新型的清洁能源以适应科学技术的发展，电化学能源系统也因此获得了大量的关注。锂离子电池由于其比能量高、循环性能好，环境污染小等优点，是当前最有前途的二次电池。在锂离子电池中，电极材料占电池重量的大部分，是决定电池能量密度最主要因素。目前商业化的负极材料主要为石墨，其理论的比容量为372mAh/g，已经满足不了人民对能源密度越来越高的要求，开发一种高比容量，长寿命的负极材料是当前的迫切需求。

过渡金属化合物(M_aX_b,M＝Fe,Cu,Co等过渡金属，X＝O、P、F、S等)转化式嵌锂机制使其在反应过程中从高氧化价态还原到金属单质，这有效增多了锂离子的存储数量。当前，经研究学者们的大量科学研究发现，MnO的理论比容量为755mAh/g，NiO的理论比容量为718mAh/g,CuO和Cu₂O的理论比容量分别为673和372mAh/g，Co₃O₄理论比容量为890mAh/g。这都远大于目前的商业化的石墨材料的比容量。但是过渡金属化合物的缺点也非常明显，在反应中高氧化价金属离子被还原成金属单质，同时负离子与锂离子反应生成Li_yX，在整个反应过程中体积变化大，容易造成材料的粉末和结构的破碎，导致材料循环稳定性较差。并且存在过渡金属化合物的离子/电子电导率较低的问题，制约着它的实际应用。

因此，现有的过渡金属化合物负极材料电导率较低，循环稳定性较差成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种三元钴酸盐体系纳米线状负极材料及其制备方法，解决了现有的过渡金属化合物负极材料电导率较低，循环稳定性较差的技术问题。

本发明提供了一种三元钴酸盐体系纳米线状负极材料，其化学式为M_xN_1-xCo₂O₄，其中，M和N均选自Mg元素、Fe元素、Mn元素、Zn元素，Ni元素或Cu元素，且x为0～1.0。

更优选的，其中M、N的种类和摩尔比为可为Mg：Mn＝3:7，Mg：Zn＝8:2，Mg：Ni＝1:9，Fe：Mn＝5:5，Fe：Zn＝8:2，Mn：Zn＝6:4，Mn：Ni＝7:3，Mn：Cu＝8:2，Ni：Cu＝4:6，Ni：Cu＝5:5，Mg：Cu＝7:3，Fe：Cu＝5:5。

本发明还提供了一种三元钴酸盐体系纳米线状负极材料的制备方法，其特征在于，将可溶性钴盐溶液、表面活性剂、可溶性M金属盐溶液、可溶性N金属盐溶液和有机碱混合并进行水热反应，烘干并煅烧，得到三元钴酸盐体系纳米线状负极材料；

其中，所述三元钴酸盐体系纳米线状负极材料的化学式为M_xN_1-xCo₂O₄，其中，M和N均选自Mg元素、Fe元素、Mn元素、Zn元素，Ni元素或Cu元素，且x＝0～1.0。