[发明专利]一种高比容量的锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高比容量的锂离子电池负极材料及其制备方法。所述锂离子电池负极材料为海胆状碳包覆钴氧化物，采用氯化钴前驱体，通过水热合成制备海胆状四氧化三钴，再通过气相沉积法进行碳沉积，制备得到海胆状碳包覆钴氧化物复合锂离子电池负极材料。以四氧化三钴为活性物质，通过碳包覆为整体电极材料提供导电性，并提高海胆状四氧化三钴在充放电过程中的结构稳定性。并且，在气相沉积过程中氢气的作用下，海胆状四氧化三钴的钴价态会发生变化，混合价态的钴能够为电极材料提供额外的导电性。

技术领域

本发明涉及一种高比容量的锂离子电池负极材料及其制备方法，属于材料化学领域。

背景技术

21世纪经济和科学技术快速发展，但能源的主要来源还是地球上有限的石油、煤和天然气等化石燃料。众所周知，源于化石燃料和生物质燃料排放的气体污染大气，带来严重的全球问题。面对日益严峻的能源和环境问题，开发可再生的清洁能源己经成为迫切需要解决的问题。新能源是指在新技术基础上开发利用的非常规能源，包括风能、太阳辐射能、海洋能、地热能、生物质能、氨能及核能等。新能源资源潜力大，可永续利用，在满足能源需求、改善能源结构、减少环境污染、促进经济发展等方面已发挥了重要作用。然而，风能、太阳能等新型能源发出的电力具有不稳定性和不连续性，难以直接应用于生产生活。因此，建立高效的储能及能量转换装置，从而将不稳定的电力收集起来并能够在适当的时候将其平稳释放，对于新能源的开发和利用具有重要的意义。

与其他的充电电池(如铅酸电池、镍氢电池)相比，锂离子电池具有比容量高、循环寿命长、电压平台高、无记忆效应、快速充放电、安全性能高、自放电率低、对环境污染小、体积小和质量轻等明显的优势。目前，锂离子电池已经广泛地应用于手机、相机、笔记本电脑等小型数码设备，并且正向着大型化的电动车用电池以及风能和太阳能的储能电池方向发展。作为储能电池的需求对锂离子电池的性能提出了更高的要求，而作为锂离子电池的重要组成部分，正负极材料是决定其性能的关键因素。因此，研究和开发高性能、低成本的锂离子电池电极材料显得日益重要。

发明内容

本发明针对当前锂离子电池的负极材料所存在的可逆容量较小、循环性能较差等问题，提供一种高比容量的锂离子电池负极材料及其制备方法。所述高比容量的锂离子电池负极材料是一种海胆状碳包覆钴氧化物，是通过先制备海胆状四氧化三钴，再通过气相沉积法进行碳沉积，制备得到海胆状碳包覆钴氧化物复合锂离子电池负极材料。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

一种高比容量锂离子电池负极材料的制备方法，所述锂离子电池负极材料为海胆状碳包覆钴氧化物，其制备过程包括以下步骤：

(1)制备海胆状四氧化三钴:

将氯化钴、尿素溶于去离子水中，磁力搅拌均匀后将混合液置于反应釜中进行水热反应，水热反应结束后自然冷却，利用去离子水与乙醇对产物各洗涤三次，产物置于烘箱中60℃干燥，干燥产物置于马弗炉中煅烧得到海胆状四氧化三钴。

(2)制备海胆状碳包覆钴氧化物：

将步骤(1)中制备得到的海胆状四氧化三钴粉末置于管式炉中，在氩气气氛下升温至500～700℃，待温度恒定后同时通入乙炔与氢气混合气体，持续通入1～3min后，关闭氢气和乙炔，在氩气气氛下自然冷却，得到海胆状碳包覆钴氧化物复合材料。

优选的，步骤(1)中，氯化钴、尿素与去离子水的用量比例为：(0.1～0.5)g：(1～5)g：(10～100)mL。

优选的，步骤(1)中，磁力搅拌时间为1～3h。

优选的，步骤(1)中，所述水热反应的温度为100～150℃，水热反应时间为12～24h。

优选的，步骤(1)中，所述煅烧的温度为200～400℃，煅烧时间6-12h