一种锂离子电池技术领域的采用介孔碳负载纳米粒子制备锂离子电池负极材料的方法，通过将氧化处理过的介孔碳基体加入活性物质前驱体溶解于极性溶剂中配置得到胶体溶液，经高温煅烧后得到锂离子电池负极材料。本发明专利技术以介孔碳基体材料作为载体，利用超声技术将纳米粒子的胶体溶液均匀分散在基体的孔道中，通过一定温度的烧结，在介孔孔道中原位生长成粒径均一的纳米粒子，介孔的孔道在锂离子的脱嵌过程中可以有效的抑制活性粒子体积的变化，从而提高锂离子电池的循环性能。
Method for preparing negative electrode material of lithium ion battery using mesoporous carbon supported nano particle
Using the method of preparation of mesoporous carbon anode materials for lithium ion batteries loaded nanoparticles of a lithium ion battery technology field, the mesoporous carbon matrix oxidation treated into active material precursor dissolved in a polar solvent configuration obtained colloidal solution after high temperature calcination to anode material for lithium ion batteries. The invention uses mesoporous carbon materials as the carrier, the use of ultrasound technology to the colloidal solution of nanoparticles dispersed in the matrix pores, through the sintering temperature of the mesopores, in situ growth of nano particle diameter, mesoporous pore volume changes can effectively inhibit the activity of particles in the deintercalation process the lithium ion, so as to improve the cycle performance of lithium ion battery.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种锂离子电池
的方法，具体是一种。
技术介绍
随着人们对能源需求的迅猛增长和传统石油能源的日益短缺，新型绿色电池越来越受到人们的关注，锂离子电池以其工作电压高、比能量大、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应以及对环境友好等优势成为研究的热点。其中电极材料的容量和循环性能是衡量锂离子电池的关键因素，目前社会上广泛使用的锂离子电池的负极材料主要是石墨化碳材料，由于石墨化碳材料的理论容量相对较低，所以亟待寻求性能更优越的电极材料来满足社会发展的需要。在最近的研究中，多种负极材料被开发出来，其中很多材料在性能方面取得了突破性进展。这些材料主要包括金属合金、金属氧化物、金属硫化物、核壳型复合材料和非金属复合材料等。新型负极材料的容量通常会比传统的碳材料大很多，但在循环性方面普遍较差，因为新型材料本身一般会出现微晶区和非晶区，在锂离子的嵌入和脱出中，储锂机理不再是像石墨碳材料一样单一的插层机理，而是多种机理共存，如分子储锂机理，微孔储锂机理等等。在这种情况下，电极材料在锂离子嵌入和脱出的过程中，通常会出现较大的体积膨胀和收缩，有时候体积膨胀率高达百分之几百，这种巨大的体积变化在电池的循环过程中，会导致电池材料发生破碎，脱离极片，从而使电池电极失活，整个锂电池寿命终结，在严重情况下会导致电池内部短路而有爆炸危险。目前，为了改善电池的循环性能，人们多采用以下方法(一 )将材料纳米化和薄膜化，以减少绝对体积膨胀，同时可以使锂离子在脱嵌过程中迁移路径变短从而减小内阻；( 二)引入某些惰性机体分散或者包覆活性物质，从而有效的缓解活性物质在充放电过程中产生的体积膨胀和机械应力；(三)制备某些具有特殊结构的化合物从而提高循环稳定性。这些方法在一定程度上很好地抑制了电极材料的体积变化，但是由于具体流程和工序繁琐，且成本较高，其工业化条件有待完善。经过对现有技术的检索发现，Carbon49(2011)89-95, A film of porous carbon nanofibers that contain Sn/SnOx nanoparticles in the pores and its electrochemical performance as an anode material for lithium ion batteries (1 /氧化锡纳米粒子填充多孔碳纳米纤维材料的制备及其电化学性能的研究)介绍了一种多孔碳纳米纤维和二氧化锡的复合材料，但是由于碳纳米纤维的孔径分布无法控制，且采用的静电纺丝工艺对设备要求较高，其实际应用将会受到较大限制，而且二氧化锡与碳纳米纤维的相互作用力较弱，容易在循环过程中导致二氧化锡粒子和碳纳米纤维的脱离，使电池失活。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种，以介孔碳基体材料作为载体，利用超声技术将纳米粒子的胶体溶液均勻分散在基体的孔道中，通过一定温度的烧结，在介孔孔道中原位生长成粒径均一的纳米粒子，介孔的孔道在锂离子的脱嵌过程中可以有效的抑制活性粒子体积的变化，从而提高锂离子电池的循环性能。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术通过将氧化处理过的介孔碳基体加入活性物质前驱体溶解于极性溶剂中配置得到胶体溶液，经高温煅烧后得到锂离子电池负极材料。所述的氧化处理是指将介孔碳基体加入强酸溶液中，在50-100摄氏度油浴条件下搅拌2-6小时，待反映结束后过滤并干燥。所述的强酸溶液为0. 5-3mol/L的硫酸溶液或硝酸溶液或其混合。所述的介孔碳基体的孔径为10-60纳米。所述的极性溶剂为水或酒精的水溶液。所述的溶解是指将氧化处理后的介孔碳基体在搅拌环境下缓慢加入胶体溶液中，经超声分散处理2-6小时后，过滤并干燥。所述的高温煅烧是指在保护气氛下煅烧2-4小时，煅烧温度为400-600摄氏度。所述的活性物质前驱体为氯化亚锡、硝酸铁、氯化铅、氯化锌、氯化钛、硝酸镍或氯化钴中的一种或其组合的对应氯盐、硝酸盐、硫酸盐或草酸盐。本专利技术制备的二氧化锡负极材料与金属锂片组装成锂离子电池，以500mA/g的电流密度充放电，300次充放电循环后可逆比容量在200mA/g左右，且表现出稳定的循环性能。本方法设备简单，原料易得，可实现工业化生产。附图说明图1是实施例1得到的介孔碳负载二氧化锡的X射线衍射图。图2是实施例1得到的介孔碳负载二氧化锡的透射电子显微镜图。图3是实施例1得到的介孔碳负载二氧化锡作为负极材料的循环放电曲线图。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1(1)取1克孔径在20纳米左右的介孔碳加入lmol/L的硫酸溶液中，在50摄氏度油浴条件下，磁力搅拌6小时，然后用砂芯漏斗过滤，洗涤至中性，80摄氏度下真空干燥M 小时。(2)配制氧化锡胶体取1克氯化亚锡加入10毫升无水乙醇中，磁力搅拌5分钟， 使氯化亚锡完全溶解，然后逐滴向溶液中滴加去离子水，直至出现具有光泽的蓝色胶体为4止。(3)取0. 5克酸化的介孔碳逐渐加入上述胶体溶液中，边加边搅拌，磁力搅拌10分钟后，超声处理4小时，砂芯漏斗过滤，80摄氏度真空干燥，24小时后取出，放入管式炉，在氮气保护，以5°C /min升温至400°C，保温4小时，自然降温，得到复合材料。(4)制备得到的复合材料的结构，通过X射线衍射，N2吸附/脱附等温吸附曲线等分析测试手段进行了表征。图1是实施例一得到的介孔碳负载二氧化锡的X射线衍射图， 由图中可知负极材料中主要含有二氧化锡，并且二氧化锡粒子的粒径在10纳米左右。图2 是实施例一得到的介孔碳负载二氧化锡的透射电子显微镜图片，从图中可以清楚的看到二氧化锡粒子均勻的分布在碳孔中。(5)性能测试取0. 2克制得的介孔碳负载二氧化锡，加入0. 04克炭黑导电剂和 0. 03克溶于氮-氮-二甲基吡咯烷酮溶液中的聚偏二氟乙烯粘接剂，混合成均勻的浆料， 将浆料涂在铜箔上制成负极片。在充满氩气的手套箱中，以金属锂片为正极，装配成纽扣电池。在0.25-2V的电压范围内，室温下，以500mA/g的电流进行充放电循环测试。图3是实施例一得到的介孔碳负载二氧化锡作为负极材料的循环放电曲线图，从图中可以看出，由于介孔孔道的限制作用，300个循环后，材料依旧具有150mA/g的可逆容量。实施例2(1)取1克孔径在10纳米左右的介孔碳加入3mol/L的硫酸溶液中，在100摄氏度油浴条件下，磁力搅拌4小时，然后用砂芯漏斗过滤，洗涤至中性，50摄氏度下真空干燥24 小时。(2)配制硝酸铁溶液将1克的硝酸铁溶于用100毫升水中，混勻配置成硝酸铁溶液。(3)取0. 5克酸化的介孔碳逐渐加入上述胶体溶液中，边加边搅拌，磁力搅拌20分钟后，超声处理6小时，砂芯漏斗过滤，60摄氏度真空干燥，24小时后取出，放入管式炉，在氮气保护，以5°C /min升温至500°C，保温2小时，自然降温，得到锂离子负极复合材料。(4)制备得到的复合材料的结构，通过XRD，N2吸附/脱附等温吸附曲线等分析测试手段进行了表征。三氧化二铁粒子的粒径在5纳米左右。三氧化二铁粒子均勻的分布在碳孔中。(5)性能本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种采用介孔碳负载纳米粒子制备锂离子电池负极材料的方法，其特征在于，通过将氧化处理过的介孔碳基体加入活性物质前驱体溶解于极性溶剂中配置得到胶体溶液，经高温煅烧后得到锂离子电池负极材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱申敏，余自勇，李尧，刘庆雷，张荻，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31
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