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一种锂离子电池负极材料及其制备方法。本发明专利技术首先采用超声分散的方式得到碳纳米管悬浊液，随后以柠檬酸作为相容剂，碳酸铵作为调节剂在加热的条件下使Fe3+、Co2+以氢氧化物的形式沉积在碳纳米管表面，最后经过预氧化和煅烧制备CoFe2O4‑MWNTs复合材料。与现有相比，本发明专利技术具有以下优点：一、碳纳米管作为支撑骨架，提高了材料的结构稳定性；二、碳纳米管良好的导电性，降低了材料的阻抗，提升了材料的整体性能；三、尖晶石结构的铁酸钴在充放电过程中具有良好的循环稳定性；四、制备过程简单、安全、高效。

Anode material for lithium ion battery and preparation method thereof

The invention discloses a lithium ion battery anode material and a preparation method thereof. Carbon nanotubes suspension was firstly obtained by ultrasonic dispersion, and then Fe 3+, Co 2+ were deposited on the surface of carbon nanotubes in the form of hydroxide with citric acid as compatibilizer and ammonium carbonate as regulator under heating condition. Finally, CoFe2O4_MWNTs composite was prepared by Pre-oxidation and calcination. Compared with the existing ones, the present invention has the following advantages: firstly, carbon nanotubes as a supporting framework improves the structural stability of the material; secondly, carbon nanotubes have good conductivity, reduces the impedance of the material, and improves the overall performance of the material; thirdly, cobalt ferrite with spinel structure has a good cycle during charging and discharging process. Stability; four. The preparation process is simple, safe and efficient.

【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
本专利技术涉及复合材料
，尤其涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法。
技术介绍
随着社会的持续发展和科技的进步，电子产品及电动设备在我们日常生活中得到了广泛地应用，而这些应用与锂离子电池技术的快速发展是密不可分的。如何制备出更稳定、更高容量、更廉价并且对环境更友好的锂离子电池始终是科学工作者研究的方向。其中，锂离子电池负极材料是人们研究的重点，目前商业化的锂离子电池负极材料石墨理论容量只有372mAh·g-1，不能满足人们对高储能电池的需求。硅基、锡基及过渡金属氧化物等负极材料因其较大的理论比容量一直是科学工作者研究的内容。其中，过渡金属氧化物(MxOy,M=Fe，Co,Mn,Cu或Ni)作为锂离子电池负极材料具有较高的理论比容量(~1000mAh·g-1)。然而，材料的首次库伦效率较低，导致容量衰减快，较差的导电性和充放电循环过程中较大的体积膨胀严重影响电池的循环稳定性和循环寿命。对材料进行改性成为解决以上问题的必然途径。过渡金属负极材料的改性方法通常有三种:一种方法是材料的复合化，不同金属或金属氧化物之间的协同作用有利于提高材料的整体性能；第二种方法是对材料进行碳壳包覆，碳壳能增强电极材料的导电性，容纳材料巨大的体积变化，提高材料的容量保持率；第三种方法是材料形貌的改善，形貌的改善主要包括纳米结构、壳核结构、显微结构和多孔结构，以增强材料的电化学性能。碳纳米管由于独特的中空管状结构，具有重量轻、电导率高、机械强度大等优秀的性能。因此，将碳纳米管作为骨架与过渡金属氧化物相复合制备“钢筋混凝”结构的复合负极材料将会对改善材料的电化学起到积极作用。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法，旨在解决现有材料的首次库伦效率较低，导致容量衰减快，较差的导电性和充放电循环过程中较大的体积膨胀严重影响电池的循环稳定性和循环寿命的问题。本专利技术的技术方案如下：一种锂离子电池负极材料的制备方法，其中，包括步骤：（1）制备Fe(OH)x-Co(OH)y-MWNTs前驱体：首先将碳纳米管放入水中进行超声分散，随后在搅拌的情况下顺次加入硝酸铁、硝酸钴、碳酸铵以及柠檬酸，使其完全溶解，得到混合液，再将混合液于80-100℃干燥24小时，得到Fe(OH)x-Co(OH)y-MWNTs前驱体；其中，x=2或3，y=2；（2）制备碳纳米管为骨架的CoFe2O4-MWNTs复合材料：将Fe(OH)x-Co(OH)y-MWNTs前驱体于180-200℃反应2-3h进行预氧化，再将预氧化后的前驱体研成粉末于330-350℃煅烧2-3h，制得碳纳米管为骨架的CoFe2O4-MWNTs复合材料，所述碳纳米管为骨架的CoFe2O4-MWNTs复合材料即为所述锂离子电池负极材料。所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其中，步骤（1）中，硝酸铁、硝酸钴、碳酸铵、柠檬酸的摩尔比为4:2:（1-1.5）：（1-1.5）。所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其中，硝酸铁、硝酸钴、碳酸铵、柠檬酸的摩尔比为4:2:1:1。所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其中，步骤（1）中，将碳纳米管放入水中进行超声分散30分钟。所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其中，步骤（1）中，将混合液于90℃干燥24小时。所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其中，步骤（2）中，将Fe(OH)x-Co(OH)y-MWNTs前驱体于180℃反应3h进行预氧化。所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其中，步骤（2）中，将预氧化后的前驱体研成粉末于350℃煅烧2h。一种锂离子电池负极材料，其中，所述锂离子电池负极材料为碳纳米管为骨架的CoFe2O4-MWNTs复合材料，所述CoFe2O4-MWNTs复合材料采用本专利技术所述的锂离子电池负极材料的制备方法制备得到。有益效果：与现有相比，本专利技术具有以下优点：一、碳纳米管作为支撑骨架，提高了材料的结构稳定性；二、碳纳米管良好的导电性，降低了材料的阻抗，提升了材料的整体性能；三、尖晶石结构的铁酸钴在充放电过程中具有良好的循环稳定性；四、制备过程简单、安全、高效。附图说明图1为实施例的工艺流程图。图2为实施例中复合材料的扫描电镜图。图3为实施例中复合材料的XRD图像。图4和图5分别是实施例中复合材料作为负极在100mA·g-1和1000mA·g-1的电流密度下的循环性能图。具体实施方式本专利技术提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种锂离子电池负极材料的制备方法，其中，包括步骤：（1）制备Fe(OH)x-Co(OH)y-MWNTs前驱体：首先将碳纳米管（MWNTs）放入水中进行超声分散，随后在搅拌的情况下顺次加入硝酸铁、硝酸钴、碳酸铵以及柠檬酸，使其完全溶解，得到混合液，再将混合液于80-100℃干燥24小时，得到Fe(OH)x-Co(OH)y-MWNTs前驱体；其中，x=2或3，y=2；（2）制备碳纳米管为骨架的CoFe2O4-MWNTs复合材料：将Fe(OH)x-Co(OH)y-MWNTs前驱体于180-200℃反应2-3h进行预氧化，再将预氧化后的前驱体研成粉末于330-350℃煅烧2-3h，制得碳纳米管为骨架的CoFe2O4-MWNTs复合材料，所述碳纳米管为骨架的CoFe2O4-MWNTs复合材料即为所述锂离子电池负极材料。步骤（1）中，本专利技术采用超声分散的方法对碳纳米管进行分散处理，得到均匀分散的碳纳米管悬浊液；以柠檬酸作为相容剂，碳酸铵作为调节剂在加热的条件下使Fe3+、Co2+以氢氧化物的形式沉积在碳纳米管表面；再将混合液放入干燥箱中于80-100℃干燥24小时，得到Fe(OH)x-Co(OH)y-MWNTs前驱体。优选地，步骤（1）中，硝酸铁、硝酸钴、碳酸铵、柠檬酸的摩尔比为4:2:（1-1.5）：（1-1.5）。本专利技术首先将碳纳米管（MWNTs）在水中超声分散均匀得到MWNTs悬浊液，随后在不断搅拌的情况下顺次加入硝酸铁、硝酸钴、碳酸铵以及柠檬酸，使其完全溶解，再将混合液放入干燥箱中进行干燥，接着进行预氧化，最后将预氧化后的前驱体研成粉末状放入马弗炉中进行煅烧；通过上述方式，本专利技术制得的复合材料具有非常高的循环稳定性和倍率性能，同时MWNTs的引入增强了材料的刚性及导电性。本专利技术还提供一种锂离子电池负极材料，其中，所述锂离子电池负极材料为碳纳米管为骨架的CoFe2O4-MWNTs复合材料，所述CoFe2O4-MWNTs复合材料采用本专利技术所述的锂离子电池负极材料的制备方法制备得到。本专利技术锂离子电池负极材料具有非常高的循环稳定性和倍率性能，同时MWNTs的引入增强了材料的刚性及导电性。下面通过实施例对本专利技术进行详细说明：实施例1、结合图1所示，本实施例锂离子电池负极材料的制备方法包括以下步骤：（1）制备Fe(OH)x-Co(OH)y-MWNTs前驱体：首先将碳纳米管放入水中超声分散30分钟得到MWNTs悬浊液，随后在不断搅拌的情况下顺次加入摩尔比为4:2:1:1的硝酸铁、硝酸钴、碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：（1）制备Fe(OH)x‑Co(OH)y‑MWNTs前驱体：首先将碳纳米管放入水中进行超声分散，随后在搅拌的情况下顺次加入硝酸铁、硝酸钴、碳酸铵以及柠檬酸，使其完全溶解，得到混合液，再将混合液于80‑100℃干燥24小时，得到Fe(OH)x‑Co(OH)y‑MWNTs前驱体；其中x=2或3，y=2；（2）制备碳纳米管为骨架的CoFe2O4‑MWNTs复合材料：将Fe(OH)x‑Co(OH)y‑MWNTs前驱体于180‑200℃反应2‑3h进行预氧化，再将预氧化后的前驱体研成粉末于330‑350℃煅烧2‑3h，制得碳纳米管为骨架的CoFe2O4‑MWNTs复合材料，所述碳纳米管为骨架的CoFe2O4‑MWNTs复合材料即为所述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，包括步骤：（1）制备Fe(OH)x-Co(OH)y-MWNTs前驱体：首先将碳纳米管放入水中进行超声分散，随后在搅拌的情况下顺次加入硝酸铁、硝酸钴、碳酸铵以及柠檬酸，使其完全溶解，得到混合液，再将混合液于80-100℃干燥24小时，得到Fe(OH)x-Co(OH)y-MWNTs前驱体；其中x=2或3，y=2；（2）制备碳纳米管为骨架的CoFe2O4-MWNTs复合材料：将Fe(OH)x-Co(OH)y-MWNTs前驱体于180-200℃反应2-3h进行预氧化，再将预氧化后的前驱体研成粉末于330-350℃煅烧2-3h，制得碳纳米管为骨架的CoFe2O4-MWNTs复合材料，所述碳纳米管为骨架的CoFe2O4-MWNTs复合材料即为所述锂离子电池负极材料。2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，硝酸铁、硝酸钴、碳酸铵、柠檬酸的摩尔比为4:2:（1-1.5）：（1-1....

【专利技术属性】
技术研发人员：孙灵娜，左金鑫，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44