【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，特别涉及一种过渡金属氧化物/聚合物凝胶及其制备方法、负极活性材料、负极极片、锂离子电池。
技术介绍
1、锂离子电池(libs)作为便携式电子设备的主要能源，已经得到了广泛的应用，并且其应用范围正在扩展到更大规模的领域，特别是电动汽车和电网储能。随着应用领域的需求不断增加，对高性能能量存储电极材料的开发引起了极大的关注。
2、负极材料作为锂离子电池的关键组成部分，能够释放锂离子并再充电过程中储存锂离子，石墨是常用的负极材料，但其理论嵌锂最大容量有限，且锂离子嵌入时，电解液的部分溶剂会随同嵌入，进而发生结构变化，不能满足大功率，大容量的要求。
3、过渡金属氧化物具有较高的理论比容量，被认为是一种极具潜力的负极材料。α-三氧化二铁(α-fe2o3)作为一种无毒、低成本的材料，因其理论容量值(1007mah g-1)远高于商用石墨(372mah g-1)，而被认为是一种极具潜力的负极材料，但由于电池循环过程中体积变化较大以及其导电子/离子动力学的限制，在高倍率和长期充放电循环过程中，fe2o3仍面临着诸多挑战，包括：(i)fe2o3在电化学反应过程中随着离子的嵌入/脱出，体积膨胀/收缩程度较大，产生的应力会造成结构破坏甚至坍塌，使得其循环稳定性较差；(ii)导电性差使得电荷转移较慢，造成较差的倍率性能；(iii)离子传输慢，造成很多活性中心无法与电解质离子接触，影响了其储能能力的充分发挥。
4、已有通过构筑纳米结构金属氧化物，如纳米线、纳米棒、纳米片等，或构筑纳米结构金属氧化
5、尽管金属氧化物/导电聚合物复合材料可以提升储能能力和倍率性能，但其储能能力与其理论值仍有较大差距。其原因可能是：(i)在金属氧化物表面形成的导电聚合物层在一定程度上会阻碍电解质离子与金属氧化物的接触，限制了其储能能力的充分发挥，造成比容量仍较低；(ii)大部分金属氧化物/导电聚合物复合材料以粉体形式存在，首先需要与导电剂、粘结剂制备浆料，再均匀涂覆在集流体上。传统的粘结剂大都是电子绝缘体，加之导电剂颗粒在电极中随机分散，使得无法在整个电极中形成连续的电子通路，使得电极材料储能能力无法充分发挥，造成比容量较低。
6、如何提供一种可以提高过渡金属氧化物负极电池比容量发挥、循环稳定性及倍率性能的负极材料，是本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种过渡金属氧化物/导电聚合物凝胶及其制备方法、负极活性材料、负极极片、锂离子电池。本专利技术通过制备过渡金属氧化物，并与导电聚合物单体、植酸等混合制备得到过渡金属氧化物/导电聚合物凝胶，制备方法简单。且由于聚合物凝胶的粘性和优异的导电性，所制备的过渡金属氧化物/导电聚合物凝胶既含有具有较高比容量的过渡金属氧化物，同时还实现粘结作用和导电功能，将其直接作为负极材料，可以直接涂布在铜箔上制备锂离子电池负极，避免了粘结剂、导电剂、溶剂等的使用，简化了电极制备流程，降低了生产成本；同时，制备的凝胶具有优异的电化学性能，与电解质具有良好的界面相容性，且具有三维连续的电子传输网络，能促进过渡金属氧化物作为负极材料比容量的充分发挥，提高了电池的比容量、循环稳定性及倍率性能，此外，该材料具有大规模生产的潜力，为锂离子电池的性能提升和应用拓展提供了可能。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、本专利技术第一方面提供了一种过渡金属氧化物/导电聚合物凝胶的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
4、将过渡金属氧化物加入导电聚合物单体-植酸水溶液中，分散均匀后，加入过硫酸铵水溶液，冰浴下超声，得到过渡金属氧化物/导电聚合物凝胶；
5、所述过渡金属氧化物与所述导电聚合物单体的摩尔比为0.38-0.63：0.05-1.2；
6、和/或，所述导电聚合物单体与所述植酸的摩尔比为0.05-1.2:0.03-0.5。
7、优选地，所述过渡金属氧化物与所述导电聚合物单体的摩尔比为0.38-0.63：0.1-1；
8、和/或，所述导电聚合物单体与所述植酸的摩尔比为0.1-1:0.03-0.3；
9、所述过渡金属氧化物包括mno、nio、feo、coo、cuo2、mno2、fe2o3、fe3o4、co3o4、cuo中的至少一种；
10、和/或，所述过渡金属氧化物包括纳米颗粒、纳米棒、纳米片、纳米线中的至少一种；
11、优选地，所述过渡金属氧化物为过渡金属氧化物纳米棒，更优选地，所述过渡金属氧化物为α-fe2o3纳米棒；
12、所述过渡金属氧化物纳米棒的长度为50-150nm。
13、优选地，所述导电聚合物单体包括苯胺、吡咯、噻吩中的至少一种；
14、和/或，所述导电聚合物单体-植酸水溶液中，所述导电聚合物单体的摩尔浓度为0.1-1mmol/ml，所述植酸的摩尔浓度为0.03-0.3mmol/ml；
15、和/或，所述过硫酸铵水溶液的摩尔浓度0.25-1.25mmol/ml；
16、和/或，所述苯胺与所述过硫酸铵的摩尔比为0.1-1:0.25-0.5；
17、和/或，所述超声的功率为400-700w，时间为2-5min。
18、本专利技术第二方面提供了一种上述第一方面所述制备方法制备的过渡金属氧化物/导电聚合物凝胶。
19、本专利技术第三方面提供了一种负极材料，包括上述第一方面所述制备方法制备的过渡金属氧化物/导电聚合物凝胶，或上述第二方面所述的过渡金属氧化物/导电聚合物凝胶。
20、本专利技术第四方面提供了一种负极极片，包括集流体，以及涂覆于所述集流体的至少一个表面的负极材料层，所述负极材料层包括上述第三方面所述的负极材料；
21、所述负极材料与所述集流体的剥离力≥0.16n/20mm。
22、优选地，所述负极极片的制备方法为：将上述负极材料涂覆在集流体的至少一个表面，静置反应后，冲洗，干燥，得到含过渡金属氧化物/导电聚合物凝胶负极材料层的负极极片。
23、优选地，所述负极极片中，所述过渡金属氧化物/导电聚合物凝胶负极材料层的面密度为0.5-2.0mg/cm2；
24、和/或，所述过渡金属氧化物/导电聚合物凝胶负极材料层的厚度为50-200μm。
25、优选地，所述静置反应的温度为1-6℃，时间为6-24h。
26、本专利技术第五方面提供了一种锂离子电池，包括锂片、隔膜、电解液，及上述负极极片。
27、本专利技术有益的技术效果在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.过渡金属氧化物/导电聚合物凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属氧化物与所述导电聚合物单体的摩尔比为0.38-0.63：0.1-1；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导电聚合物单体包括苯胺、吡咯、噻吩中的至少一种；
4.一种权利要求1-3任一项所述制备方法制备的过渡金属氧化物/导电聚合物凝胶。
5.一种负极材料，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述制备方法制备的过渡金属氧化物/导电聚合物凝胶，或权利要求4所述的过渡金属氧化物/导电聚合物凝胶。
6.一种负极极片，其特征在于，包括集流体，以及涂覆于所述集流体的至少一个表面的负极材料层，所述负极材料层包括如权利要求5所述的负极材料；
7.根据权利要求6所述的负极极片，其特征在于，所述负极极片的制备方法为：将权利要求5所述负极材料涂覆在集流体的至少一个表面，静置反应后，冲洗，干燥，得到含过渡金属氧化物/导电聚合物凝胶负极材料层的负极极片。
8.根据权利要
9.根据权利要求7所述的负极极片，其特征在于，所述静置反应的温度为1-6℃，时间为6-24h。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括锂片、隔膜、电解液，及权利要求6-9任一项所述的负极极片。
...【技术特征摘要】
1.过渡金属氧化物/导电聚合物凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属氧化物与所述导电聚合物单体的摩尔比为0.38-0.63：0.1-1；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导电聚合物单体包括苯胺、吡咯、噻吩中的至少一种；
4.一种权利要求1-3任一项所述制备方法制备的过渡金属氧化物/导电聚合物凝胶。
5.一种负极材料，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述制备方法制备的过渡金属氧化物/导电聚合物凝胶，或权利要求4所述的过渡金属氧化物/导电聚合物凝胶。
6.一种负极极片，其特征在于，包括集流体，以及涂覆于所述集流体...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙丹，严涛，张明慧，徐子福，
申请(专利权)人：安普瑞斯无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：
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