一种金属氧化物复合材料及其制备方法和应用、一种负极材料技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种金属氧化物复合材料及其制备方法和应用、一种负极材料。本发明专利技术提供了一种金属氧化物复合材料，所述金属氧化物复合材料为由多个亚微米球串联组成的棒状结构；所述亚微米球的化学组成为CoFe2O4·

【技术实现步骤摘要】
一种金属氧化物复合材料及其制备方法和应用、一种负极材料


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种金属氧化物复合材料及其制备方法和应用、一种负极材料。

技术介绍

[0002]锂离子电池主要包括正极、电解液和负极，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，锂离子在两个电极之间往返进行嵌入和脱嵌：充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解液嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。
[0003]负极材料是锂离子电池重要的组成部分，直接影响锂离子电池的电化学性能，优异的负极材料能够提高电池的可逆容量、倍率性能以及循环性能。目前，负极材料主要为石墨，其理论比容量仅为372mAh/g，储锂容量较低；与之相比，过渡金属氧化物因具有较高的理论比容量成为目前锂离子电池负极材料研究的热点，但是由于金属氧化物低的电子电导率以及循环过程中材料巨大的体积变化容易引起材料粉化，导致电池的循环寿命降低。
[0004]研究发现，多种金属氧化物形成的复合物因其协同作用表现出比单一氧化物更优异的电化学性能。但是所得到的复合物依然存在在高电流密度下充放电容量低、循环稳定性差的缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种金属氧化物复合材料及其制备方法和应用、一种负极材料，本专利技术提供的金属氧化物复合材料应用到锂离子电池负极中，能够提高锂离子电池在高电流密度下的充放电容量和循环稳定性。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种金属氧化物复合材料，所述金属氧化物复合材料为由多个亚微米球串联组成的棒状结构；
[0008]所述亚微米球的化学组成为CoFe2O4·
xFe2O3，所述x的取值范围为1≤x≤4。
[0009]优选的，所述亚微米球的直径为200～1000nm；
[0010]所述棒状结构的长度为2～20μm。
[0011]优选的，所述亚微米球具有多孔结构；
[0012]所述亚微米球的孔径为2～30nm；
[0013]所述金属氧化物复合材料的比表面积为10～30m2/g。
[0014]本专利技术还提供了上述技术方案所述的金属氧化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015]将水溶性钴盐、水溶性铁盐、柠檬酸钠、尿素和水混合，得到的碱性混合盐溶液经水热反应，得到前驱体；
[0016]将所述前驱体进行热分解，得到所述金属氧化物复合材料。
[0017]优选的，所述水溶性钴盐包括硝酸钴、硫酸钴、乙酸钴和氯化钴中的一种或几种；
[0018]所述水溶性铁盐包括硫酸亚铁、硝酸铁和氯化铁中的一种或几种。
[0019]优选的，所述水溶性钴盐、水溶性铁盐、柠檬酸钠和尿素的摩尔比为0.03～0.12：0.06～0.24：0.02～0.48：0.12～0.48；
[0020]所述碱性混合盐溶液中水溶性钴盐的摩尔浓度为0.03～0.12mol/L。
[0021]优选的，所述水热反应的温度为150～190℃，保温时间为4～8h。
[0022]优选的，所述热分解的温度为400～600℃，升温至所述热分解温度的升温速率为2～5℃/min，保温时间为2～4h。
[0023]本专利技术还提供了上述技术方案所述的金属氧化物复合材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的金属氧化物复合材料在锂离子电池中的应用。
[0024]本专利技术还提供了一种负极材料，包括活性材料、导电剂和粘结剂，所述活性材料为上述技术方案所述的金属氧化物复合材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的金属氧化物复合材料。
[0025]本专利技术提供了一种金属氧化物复合材料，所述金属氧化物复合材料为由多个亚微米球串联组成的棒状结构；所述亚微米球的化学组成为CoFe2O4·
xFe2O3，所述x的取值范围为1≤x≤4。本专利技术提供的金属氧化物复合材料包括CoFe2O4和Fe2O3两种金属氧化物，由于两者的协同作用，相比与单一的金属氧化物具有更优异的电化学性能；由亚微米球组成的棒状结构更有利于锂离子在复合材料中的扩散，提高锂离子的扩散速度；同时，棒状结构的金属氧化物复合材料在制备负极时，能够更好地与导电剂、粘结剂混合，进而共同提升了锂离子电池在高电流密度下的比容量和循环稳定性。
附图说明
[0026]图1为实施例1得到的金属氧化物复合材料的XRD图；
[0027]图2为实施例1得到的金属氧化物复合材料的SEM图；
[0028]图3为实施例1得到的金属氧化物复合材料的TEM图；
[0029]图4为应用例1得到的纽扣电池的倍率性能图；
[0030]图5为应用例1得到的纽扣电池的循环性能图；
[0031]图6为对比例1得到的金属氧化物复合材料的SEM图；
[0032]图7为对比例2得到的纯相CoFe2O4材料的SEM图；
[0033]图8为以对比例1～2得到的材料为电极材料制备得到的纽扣电池的倍率性能图。
具体实施方式
[0034]本专利技术提供了一种金属氧化物复合材料，所述金属氧化物复合材料为由多个亚微米球串联组成的棒状结构；
[0035]所述亚微米球的化学组成为CoFe2O4·
xFe2O3，所述x的取值范围为1≤x≤4。
[0036]在本专利技术中，所述亚微米球的直径优选为200～1000nm，进一步优选为300～900nm，更优选为400～800nm。在本专利技术中，所述亚微米球优选具有多孔结构；所述亚微米球的孔径优选为2～30nm，进一步优选为3～19nm，更优选为4～18nm。
[0037]在本专利技术中，所述棒状结构的长度优选为2～20μm，进一步优选为3～19μm，更优选
为4～18μm。
[0038]在本专利技术中，所述金属氧化物复合材料的比表面积优选为10～30m2/g，进一步优选为12～28m2/g，更优选为15～25m2/g。
[0039]本专利技术提供的亚微米球呈多孔结构，应用到锂离子电池的负极，在充放电的过程中，丰富的孔隙结构有利于电解液在材料内部的充分渗透，从而加快反应速度，进而提高锂离子电池的倍率性能。
[0040]本专利技术还提供了上述技术方案所述的金属氧化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0041]将水溶性钴盐、水溶性铁盐、柠檬酸钠、尿素和水混合，得到的碱性混合盐溶液经水热反应，得到前驱体；
[0042]将所述前驱体进行热分解，得到所述金属氧化物复合材料。
[0043]在本专利技术中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
[0044]本专利技术将水溶性钴盐、水溶性铁盐、柠檬酸钠、尿素和水混合，经水热反应，得到前驱体。
[0045]在本专利技术中，所述水溶性钴盐优选包括硝酸钴、硫酸钴、乙酸钴和氯化钴中的一种或几种；当所述水溶性钴盐优选为上述选择中的两种以上时，本专利技术对具体物质的比例没有特殊的限定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物复合材料，其特征在于，所述金属氧化物复合材料为由多个亚微米球串联组成的棒状结构；所述亚微米球的化学组成为CoFe2O4·
xFe2O3，所述x的取值范围为1≤x≤4。2.根据权利要求1所述的金属氧化物复合材料，其特征在于，所述亚微米球的直径为200～1000nm；所述棒状结构的长度为2～20μm。3.根据权利要求2所述的金属氧化物复合材料，其特征在于，所述亚微米球具有多孔结构；所述亚微米球的孔径为2～30nm；所述金属氧化物复合材料的比表面积为10～30m2/g。4.权利要求1～3任一项所述的金属氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将水溶性钴盐、水溶性铁盐、柠檬酸钠、尿素和水混合，得到的碱性混合盐溶液经水热反应，得到前驱体；将所述前驱体进行热分解，得到所述金属氧化物复合材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性钴盐包括硝酸钴、硫酸钴、乙酸钴和氯化钴中的一种或几种；所述水溶性铁盐包括硫酸亚铁、硝酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，候笑笑，张琳，赵成龙，汪燕鸣，赵青松，
申请(专利权)人：上海松静新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：