一种金属草酸盐-石墨复合电极材料的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种金属草酸盐

【技术实现步骤摘要】
一种金属草酸盐
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石墨复合电极材料的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种金属草酸盐
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石墨复合电极材料的制备方法和应用，属于储能材料与器件领域。

技术介绍

[0002]近年来，锂离子电池作为一种新型高能绿色化学电源，在新能源汽车、便携移动设备和大型基站等方面都得到了广泛的应用。随着低碳、智能化等战略性新兴产业的快速发展，对锂离子电池提出更高要求，要求电池具有体积小、高能量密度、高功率密度和长循环寿命及安全高效的特点。目前商用的锂离子电池负极材料主要为石墨，其理论比容量仅为372mAh/g，能量密度与功率较低，制约了锂离子电池性能的进一步提高。金属草酸盐材料作为新型高性能储能材料，具有放电比容量高（~1600mAh/g）、体积效应小、倍率性能优异、资源丰富，成本低廉、环境友好等优点，在动力电池、储能电池等方面拥有广泛的应用前景。然而，材料在充放电过程中不稳定有机质层和SEI膜的形成与锂化产物较低的电化学活性导致材料首次充放电不可逆容量大、循环稳定性差等缺陷，这也严重限制了其在能源储能方面的应用。
[0003]目前，针对上述缺陷，改性方法主要集中于对材料形貌和晶相结构的优化、高电导材料掺杂、材料表面结构的设计上。其中，材料微纳结构及其维度设计已被广泛报道可用于电极材料的改性研究。这种方法不仅可以改善材料比表面积，增强电化学活性位点，提供更多的锂离子扩散通道。此外，材料可塑性和蠕变性可以显著减轻体积效应带来的结构不稳定。但金属草酸盐本身的结构设计和高电导材料的掺杂仅是改善转换反应的电化学可逆程度，并未显著改善材料首次不可逆容量高的缺点。

技术实现思路

[0004]针对上述技术的不足，本专利技术根据碱离子电池金属草酸盐负极材料不可逆容量高和循环性能差等问题，提供了一种金属草酸盐
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石墨复合电极材料的制备方法和应用，本专利技术主要采用机械球磨工艺和溅射喷涂的方法制备金属草酸盐与石墨复合电极材料。一方面，利用商业化石墨负极较高的电子电导率和优异的塑性与力学特性，改善金属草酸盐电化学活性差的问题；另一方面借助石墨稳定的容量保持率和库伦效率，可显著提升复合电极材料的容量和循环寿命。本专利技术所制备的金属草酸盐
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石墨复合电极材料可以应用于锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池等储能器件中，为高效储能提供更为广泛的选择。
[0005]本专利技术的技术方案如下：本专利技术采用机械球磨工艺和溅射喷涂的方法，充分结合金属草酸盐较高的能量密度和石墨优异的容量保持与电导率，制备得到金属草酸盐
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石墨复合材料；并利用高电导金属表面修饰的方法不仅可以避免电化学反应产物活性差导致的较高不可逆容量，还可以改善电极界面接触特性，进一步增加电池能量密度。
[0006]一种金属草酸盐
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石墨复合电极材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）称量金属草酸盐和石墨依次加入至球磨罐中，向球磨罐中冲入惰性气体，密封并转移至行星式球磨机中进行球磨，设定公转速度为100~300r/min，球磨时间为30~180min，其中金属草酸盐与石墨的质量比为1:4~4:1；所述金属草酸盐为草酸亚铁、草酸锰、草酸钴、草酸锡、草酸锌、草酸铜、草酸镍中的一种或任意比几种，石墨为人造石墨、天然石墨、中间相碳微球中的一种或任意比几种，惰性气体为氩气、氮气、氦气中的一种或任意比几种；（2）将步骤（1）得到的金属草酸盐
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石墨复合材料与Super
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P导电剂、PVDF粘结剂按质量比为6:3:1 ~ 9:0.5:0.5的比例称取，混合研磨5~30min后再向混合物中加入N
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甲基
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吡络烷酮溶剂继续研磨5~30min，得到粘稠状混合物经均浆、脱泡后，将其涂覆于铜箔表面，再置于真空干燥箱，然后在80~120℃条件下，真空干燥12~24h，得到金属草酸盐
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石墨复合电极片，其中N
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甲基
‑2‑
吡络烷酮溶剂与上述混合物质量比为2:1~10:1；（3）在步骤（2）得到的金属草酸盐
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石墨复合电极片通过溅射喷涂的方法制备金属导电涂层，金属为金或铂，设定溅射功率为100W，溅射喷涂时间为10~30min，得到金属草酸盐
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石墨复合电极材料。
[0007]本专利技术还提供了金属草酸盐
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石墨复合电极材料在电池负极中的应用，在充满氩气的手套箱中（O2含量＜1ppm，水含量＜1ppm），将制备的金属草酸盐
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石墨复合电极材料与正极极片、泡沫镍网组装成扣式电池，得到具有导电金属膜改善金属草酸盐
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石墨复合电极的碱金属离子电池。
[0008]所述碱金属离子电池为锂离子电池、钠离子电池或钾离子电池。
[0009]本专利技术的有益效果是：本专利技术通过机械球磨工艺和溅射喷涂的方法制备了一种金属草酸盐
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石墨复合电极材料。本专利技术利用金属草酸盐和石墨的相互复合，显著提高了电极材料的电导率，改善了复合材料之间的支撑作用，缓解了电化学反应产物活性低导致的不可逆容量。本专利技术的电极表面金属界面层可以防止活性物质与电解液的直接接触，抑制了材料颗粒表面有机质层的形成，提高了材料容量保持和循环性能。此外，本专利技术的制备流程及设备简单易行，技术工艺简单，成本低廉，有助于产业化实施。
附图说明
[0010]图1是本专利技术制备的金属草酸盐
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石墨复合电极材料的结构示意图；图2是本专利技术实施例1、2、3制备的复合电极材料在锂离子电池中的放电比容量循环性能图；图3是本专利技术实施例1、2、3制备的复合电极材料在锂离子电池中的库伦效率图；图4是本专利技术实施例1、2、3制备的复合电极材料在锂离子电池中的容量保持率图；图5是本专利技术实施例2制备的草酸亚铁
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天然石墨复合电极材料在钠离子电池中的放电比容量循环性能图；图6是本专利技术实施例3制备的草酸钴
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中间相碳微球复合电极材料在钾离子电池中的放电比容量循环性能图。
具体实施方式
[0011]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术保护范围不局限于所述内容。
[0012]实施例1：一种金属草酸盐
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石墨复合电极材料及其制备方法，具体步骤如下：（1）称量草酸亚铁和人造石墨依次加入至球磨罐中，向球磨罐中冲入惰性气体氩气，密封并转移至行星式球磨机中进行球磨，设定公转速度为100r/min，球磨时间为30min，其中草酸亚铁和人造石墨的质量比为4:1，得到球磨后的草酸亚铁
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人造石墨复合材料；（2）将步骤（1）得到的草酸亚铁
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人造石墨复合材料与Super
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P导电剂、PVDF粘结剂按质量比为6:3:1的比例称取，混合研磨5min后再向混合物中加入N
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甲基
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吡络烷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属草酸盐
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石墨复合电极材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）称量金属草酸盐和石墨并依次加入至球磨罐中，向球磨罐中冲入惰性气体，密封并将其转移至行星式球磨机中进行球磨，得到球磨后的金属草酸盐
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石墨复合材料；（2）将步骤（1）得到的金属草酸盐
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石墨复合材料与Super
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P导电剂、PVDF粘结剂混合研磨5~30min后再向混合物中加入N
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甲基
‑2‑
吡络烷酮溶剂继续研磨5~30min，得到粘稠状混合物，经均浆、脱泡后，将其涂覆于铜箔表面，然后在80~120℃条件下进行真空干燥12~24h，得到金属草酸盐
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石墨复合电极片，其中N
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甲基
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吡络烷酮溶剂与混合物质量比为2:1~10:1；（3）将步骤（2）得到的金属草酸盐
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石墨复合电极片通过溅射喷涂的方法制备金属导电涂层，得到金属草酸盐
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石墨复合电极材料。2.根据权利要求1所述的金属草酸盐
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石墨复合电极材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述金属草酸盐为草酸亚铁、草酸锰、草酸钴、草酸锡、草酸锌、草酸铜、草酸镍中的一种或任意比几种...

【专利技术属性】
技术研发人员：张克宇，姚耀春，崔丁方，宋廷玉，高耕，杨斌，马文会，杨桂玲，子光平，廖吉伟，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：