一种转换型负极材料结构设计及制备方法用于锂离子电池技术

本发明专利技术涉及一种转换型负极材料的结构设计并将其成功应用在锂离子电池中。该负极材料的结构设计灵感来源于细胞中离子的迁移。不同细胞可以看作是独立的个体，他们之间发生物质运输和交换的媒介，就是填充在细胞间隙中的组织液。在这项发明专利技术中，使用导电聚合物聚多巴胺充当离子运输和交换的媒介，填充在因多次锂离子嵌入/脱嵌后发生破碎的活性物质之间，不仅可以维持活性物质的结构不坍塌，还为锂离子的传导构建出通道。此外，采用碳材料作为负极结构的骨架，同样保证了活性物质结构的稳定性，防止了黏结现象的发生，大大延长了电池的使用寿命，并且材料价格便宜，易于获得。易于获得。易于获得。

【技术实现步骤摘要】
一种转换型负极材料结构设计及制备方法用于锂离子电池


[0001]本专利技术属于资源化、无机非金属复合材料合成
，具体涉及一种锂离子电池负极高容量活性物质的结构调制。

技术介绍

[0002]锂离子电池负极材料对锂离子电池的性能具有重要影响，对锂离子电池负极材料进行结构设计是改善其电化学性能的有效手段。
[0003]石墨作为典型商用阳极，在充电和放电过程中插入位置受限和离子提取不足等问题阻碍其广泛应用。一些非碳负极材料由于具有较高的能量密度，已经引起业界的关注。其中，转换型负极材料，如过渡金属氧化物，作为锂离子电池非碳负极材料具有理论容量高、环境友好等特点，成为新一代负极材料的研究热点之一。
[0004]然而，转换型负极材料在锂离子插入和提取过程中，由于与锂离子发生转换反应，导致其在多次循环后发生体积剧烈膨胀，破碎为颗粒并易团聚，导致离子扩散长度增加，循环稳定性差，容量急剧衰减等问题。另一方面，负极材料的尺寸、形貌和结构调控都会对电化学性能产生显著的影响。
[0005]现有技术中通常使用具有较好导电能力的碳材料与转换型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳材料基底均匀负载转换型活性材料，聚多巴胺镶嵌在活性材料纳米颗粒间隙并形成外表面包覆，共同构成三维结构，其特征在于，碳材料表面均匀负载有转换型活性物质纳米颗粒和聚多巴胺包覆层，其中所述转换型活性物质纳米颗粒的平均直径为10～500nm，聚多巴胺均匀填充在纳米颗粒间隙和表面，共同构成三维结构。2.根据权利要求1所述的碳材料表面均匀负载有转换型活性物质纳米颗粒和聚多巴胺包覆层，其特征在于，所述聚多巴胺包覆层厚度为3～20nm。3.根据权利要求1所述的碳材料表面均匀负载有转换型活性物质纳米颗粒和聚多巴胺包覆层，其特征在于，碳材料、转换型活性物质和聚多巴胺的质量百分数分别为：碳材料40
‑
50％，转换型活性物质30
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40％，聚多巴胺10
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30％。4.一种权利要求1所述的调制结构负极的制备方法，包括如下步骤：(1)选取一种合适的碳材料作为导电基底；(2)将步骤(1)得到的导电基底和转换型活性物质在水溶液中均匀混合搅拌，采用化学浴沉积的方式使活性物质均匀负载在碳材料上；(3)将步骤(2)得到的复合材料通过聚合反应包覆聚多巴胺，即得到具有填隙结构的负极电极材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)碳材料的选取需要与转换型活性物质匹配，可...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴锋，燕乔一，李丽，徐李倩昀，陈人杰，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：