一种锂离子电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池负极材料及其制备方法。方法包括如下步骤：1）配置源溶液；2）在反应器内放置衬底；3）蒸发区域、输运区域和反应器的衬底的温度分别保持为150-180oC、160-220oC和250-1050oC；4）将载气通入反应器内，流量分别控制在300-1200sccm；压力保持在1-100mbar；5）将源溶液通过脉冲喷嘴喷射至蒸发区域，脉冲频率为1-10Hz，单次脉冲喷射时间为4-100ms，在衬底上得到锂离子电池负极材料。采用本发明专利技术制备的锂离子电池负极材料电化学性能优异，无环境污染，一次成型，具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池负极材料及其制备方法
本专利技术涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法。
技术介绍
当今，为了满足电动汽车和能量储存系统对能量日益增长的需求，开发具有高能量密度的锂离子负极材料迫在眉睫。而目前锂离子电池商用负极材料主要为石墨，其容量仅为372mAhg-1，或者837mAhcm-3，已经不能满足现今社会对能源的需求。从而具有更高容量的锂离子负极材料SnO2（1492mAhg-1，或者10429mAhcm-3）受到广泛关注。但目前绝大多数制备这些负极材料的方法，如溶剂热法，燃烧法等使得产物的最终形态是粉末，在装配成电池的过程中必然要添加导电剂和粘接剂。这一方面降低了电池的整体容量，另一方面也使得研究整个负极材料的电化学反应过程复杂化。并且为了提高负极材料的电化学性能，还需要复合其他材料，这通常需要多步反应，从而使得实验周期变长。为了克服上述缺点，已有一些工作尝试将负极材料制备成薄膜形态。无需添加导电剂和粘接剂，可直接装配成电池，一方面提高了负极材料的电化学性能，另一方面大大简化了制备工艺。但是制备这些薄膜材料所用的方法如PLD，ALD，磁控溅射等方法真空度要求高，设备昂贵，维修费用较高，并且在制备复合材料方面比较困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法。锂离子电池负极材料的制备方法包括如下步骤：1）配置源溶液，所述的源溶液为3-60mMol·L-1的M(acac)x溶液、3-100mMmol·L-1的M(NO3)y溶液、3-100mol·L-1的SnCl4·5H2O溶液、1-100mMmol·L-1的M(CH3COO)z的溶液，1-60mol·L-1的LiNO3溶液中的一种或多种，所述的x=1-4，y=1-4，z=1-4，M为Sn、Fe、Co、Cu、Ni、Mn、Zn或Ag，源溶液溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、四氢呋喃、丙烯酸丁酯、甲苯或水中的一种或多种；2）在反应器内放置衬底，衬底为不锈钢片、铜片、泡沫镍、钛片、石墨烯片、碳纳米管片、碳布或碳纸中的一种或多种；3）蒸发区域、输运区域和反应器的衬底的温度分别保持为150-180oC、160-220oC和250-1050oC；4）将载气通入反应器内，流量分别控制在300-1200sccm；压力保持在1-100mbar；5）将源溶液通过脉冲喷嘴喷射至蒸发区域，脉冲频率为1-10Hz，单次脉冲喷射时间为4-100ms，在衬底上得到锂离子电池负极材料。所述的载气为氮气、氧气、氩气或氢气。所述的脉冲喷嘴有三个。锂离子电池负极中各组分所占的质量百分比分别为：SnOx（10-90%），MyOz（10-90%）。或者SnOx（50-90%），M（5-30%），Li2O（5-20%）。或者MyOz（50-90%），M（5-30%），Li2O（5-20%）。或者SnOx（50-90%），MyOz（5-30%），Li2O（5-20%）。或者SnOx（5-30%），MyOz（50-90%），Li2O（5-20%）。本专利技术与现有技术相比具有的有益效果：1)采用PSE-CVD法可简单大量地制备各金属及其氧化物的锂离子薄膜负极材料。2)采用PSE-CVD法可根据需要，可以至少制备三种材料的复合，并且根据所设定的程序，可以采取不同的方式进行复合。3)采用PSE-CVD法制备的锂离子负极材料的形态是薄膜，装配成电池过程中无需添加粘接剂和导电剂，大大简化工艺。附图说明图1为PSE-CVD法制备锂离子薄膜负极材料的过程示意图；图2为得到的SnO2-Ni-Li2O锂离子薄膜负极材料的放电循环曲线；图3为得到的SnO2-Fe2O3-Li2O锂离子薄膜负极材料倍率性能曲线；图4为得到的SnO2-Fe2O3锂离子薄膜负极材料元素均匀分布图。具体实施方式下面通过具体的实施例进一步说明本专利技术，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明只用，而不应理解为用于以任何形式限制本专利技术。锂离子电池负极材料的制备方法包括如下步骤：1）配置源溶液，所述的源溶液为3-60mMol·L-1的M(acac)x溶液、3-100mMmol·L-1的M(NO3)y溶液、3-100mol·L-1的SnCl4·5H2O溶液、1-100mMmol·L-1的M(CH3COO)z的溶液，1-60mol·L-1的LiNO3溶液中的一种或多种，所述的x=1-4，y=1-4，z=1-4，M为Sn、Fe、Co、Cu、Ni、Mn、Zn或Ag，源溶液溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、四氢呋喃、丙烯酸丁酯、甲苯或水中的一种或多种；2）在反应器内放置衬底，衬底为不锈钢片、铜片、泡沫镍、钛片、石墨烯片、碳纳米管片、碳布或碳纸中的一种或多种；3）蒸发区域、输运区域和反应器的衬底的温度分别保持为150-180oC、160-220oC和250-1050oC；4）将载气通入反应器内，流量分别控制在300-1200sccm；压力保持在1-100mbar；5）将源溶液通过脉冲喷嘴喷射至蒸发区域，脉冲频率为1-10Hz，单次脉冲喷射时间为4-100ms，在衬底上得到锂离子电池负极材料。所述的载气为氮气、氧气、氩气或氢气。所述的脉冲喷嘴有三个。锂离子电池负极中各组分所占的质量百分比分别为：SnOx（10-90%），MyOz（10-90%）。或者SnOx（50-90%），M（5-30%），Li2O（5-20%）。或者MyOz（50-90%），M（5-30%），Li2O（5-20%）。或者SnOx（50-90%），MyOz（5-30%），Li2O（5-20%）。或者SnOx（5-30%），MyOz（50-90%），Li2O（5-20%）。本专利技术中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本专利技术目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本专利技术仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本专利技术所用材料和操作方法是本领域公知的。本专利技术采用脉冲喷雾蒸发化学气相沉积方法(PulsedSpray-EvaporationChemicalVaporDeposition，PSE-CVD)。脉冲喷雾蒸发化学气相沉积装置包括蒸发区域、输运区域和反应器。实施例1：1）以乙醇为溶剂，配置浓度为，3mol·L-1的SnCl4·5H2O;2）在反应器内放置衬底，衬底为不锈钢；3）蒸发区域、输运区域和反应器的衬底的温度分别保持为150oC、180oC和250oC;4)将氮气载气通入反应室内，流量控制1200sccm；体系压力保持在100mbar；5)将配好的溶液作为源溶液分别通过脉冲喷头喷射至反应腔体的蒸发区域，脉冲程序为脉冲频率为3Hz，单次脉冲喷射时间为10ms，在衬底上得到SnO2锂离子电池负极材料。实施例2：1）以乙醇为溶剂，配置浓度为3mol·L-1Fe(acac)3的溶液；2）在反应器内放置衬底，衬底为铜片；3）蒸发区域、输运区域和反应器的衬底的温度分别保持为150oC、160oC和500oC;4)将氧气气载气通入反应室内，流量控制300sccm；体系压力保持在10mbar；5)然后将配好的溶液作为源溶液分别通过脉冲喷头喷射至反应腔体的蒸发区域，脉冲程序为脉冲频率2Hz，脉冲喷射时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）配置源溶液，所述的源溶液为3‑60mMol·L‑1 的M(acac)x溶液、3‑100mMmol·L‑1 的M(NO3)y溶液、3‑100mol·L‑1的SnCl4·5H2O溶液、1‑100mMmol·L‑1的M(CH3COO)z的溶液，1‑60 mol·L‑1的LiNO3溶液中的一种或多种，所述的x=1‑4，y=1‑4，z=1‑4，M为 Sn、Fe、 Co、Cu、Ni、Mn、Zn或Ag，源溶液溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、四氢呋喃、丙烯酸丁酯、甲苯或水中的一种或多种；2）在反应器内放置衬底，衬底为不锈钢片、铜片、泡沫镍、钛片、石墨烯片、碳纳米管片、碳布或碳纸中的一种或多种；3）蒸发区域、输运区域和反应器的衬底的温度分别保持为150‑180 oC 、160‑220 oC 和250‑1050 oC；4）将载气通入反应器内，流量分别控制在300‑1200 sccm；压力保持在1‑100mbar；5）将源溶液通过脉冲喷嘴喷射至蒸发区域，脉冲频率为1‑10Hz，单次脉冲喷射时间为4‑100ms，在衬底上得到锂离子电池负极材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）配置源溶液，所述的源溶液为3-60mMol·L-1的M(acac)x溶液、3-100mMmol·L-1的M(NO3)y溶液、3-100mol·L-1的SnCl4·5H2O溶液、1-100mMmol·L-1的M(CH3COO)z的溶液，1-60mol·L-1的LiNO3溶液中的至少两种，所述的x=1-4，y=1-4，z=1-4，M为Sn、Fe、Co、Cu、Ni、Mn、Zn或Ag，源溶液溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、四氢呋喃、丙烯酸丁酯、甲苯或水中的一种或多种；2）在反应器内放置衬底，衬底为不锈钢片、铜片、泡沫镍、钛片、石墨烯片、碳纳米管片、碳布或碳纸中的一种或多种；3）蒸发区域、输运区域和反应器的衬底的温度分别保持为150-180oC、160-220oC和250-1050oC；4）将载气通入反应器内，流量分别控制在300-1200sccm；压力保持在1-100mbar；5）将源溶液通过脉冲喷嘴喷射至蒸发区域，脉冲频率为1-10Hz，单次脉冲喷射时间为4-100ms，在衬底上得到锂离子电池负极材料。2.如权利要求1所述的锂离子电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜银珠，李勇，于胜兰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33