轉化型過渡金屬氧化物負極材料及其制備方法與流程

本發明屬于電池電極材料制備領域，具體涉及一種轉化型過渡金屬氧化物負極材料及其制備方法。

背景技術：

鋰離子電池由于具有高容量、高電壓和循環壽命長等顯著優點而被廣泛應用于移動電子設備、國防工業、電動汽車等領域。當前，鋰離子電池的負極主要是碳基負極材料，主要為石墨負極材料，但石墨負極材料的理論比容量為372mah/g，較低的容量限制了電池能量密度的進一步提升。過渡金屬氧化物如feo、coo、nio、cu2o等，因具有較高的容量被認為是一類非常有應用前景的鋰離子電池負極材料。過渡金屬氧化物材料主要分為粉體材料和薄膜材料兩類。對于薄膜材料，一般使用碳黑、黏結劑pvdf和活性物質混合制備電極片。但是在充放電循環過程中，過渡金屬氧化物電極材料的體積會發生較大膨脹，甚至引起材料粉化，從而導致其倍率性能和循環穩定性都比較差。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種轉化型過渡金屬氧化物負極材料及其制備方法。本發明以阿拉伯樹膠水溶液作為電極薄膜粘結劑，替代了傳統的聚偏氟乙烯，利用阿拉伯樹膠的柔韌性改善了過渡金屬氧化物電極材料體積變化的問題，從而很大程度地提高了過渡金屬氧化物電極材料的倍率性能和循環穩定性。

為實現上述技術方案，本發明采用如下技術方案：

一種轉化型過渡金屬氧化物負極材料包括集流體和涂覆于集流體上的轉化型過渡金屬氧化物薄膜材料；所述的薄膜材料是以阿拉伯樹膠水溶液作為粘結劑。

所述的阿拉伯樹膠水溶液的濃度為40-100mg·ml^-1。

阿拉伯樹膠水溶液的濃度直接關系到電極片的制作質量，當濃度不合適時，所制得的電極片質量不佳，進而影響電池的倍率性能等。40-100mg·ml^-1是優選的濃度范圍，當濃度低于40mg·ml^-1或高于100mg·ml^-1時，電池的倍率性能明顯變差。

所述的薄膜材料是由過渡金屬氧化物、乙炔黑和阿拉伯樹膠水溶液按照質量比70-80:10-15:10-15混合研磨而成的。

所述的過渡金屬氧化物包括fe2o3、feo、coo、nio和cu2o。

一種如上任一項所述的轉化型過渡金屬氧化物負極材料的制作方法：將薄膜材料均勻地涂覆在集流體上烘干后做負極，

一種鋰離子電池，包括正極、負極和電解液，其中負極采用如上所述的負極材料。

本發明的有益效果在于：

1）本發明利用阿拉伯樹膠作為電極薄膜粘結劑，與傳統的聚偏氟乙烯作為粘結劑相比，阿拉伯樹膠的柔韌性可顯著改善過渡金屬氧化物電極材料體積變化的問題，從而很大程度地提高過渡金屬氧化物電極材料的倍率性能和循環穩定性；

2）本發明的負極材料的制備方法操作簡便、成本低、環保、性能優異，此方法還能推廣至其它電極薄膜等領域。

附圖說明

圖1以fe2o3為過渡金屬氧化物，以阿拉伯樹膠（ga）、聚偏氟乙烯（pvdf）分別作為粘結劑組裝成的鋰離子電池的倍率性能圖；

圖2以fe2o3為過渡金屬氧化物，以阿拉伯樹膠（ga）、聚偏氟乙烯（pvdf）分別作為粘結劑組裝成的鋰離子電池，在0.1a/g電流密度下的循環性能圖。

圖3以fe2o3為過渡金屬氧化物，以阿拉伯樹膠水溶液（ga濃度為20mg·ml^-1）為粘結劑的的鋰離子電池的倍率性能圖。

具體實施方式

本發明用下列實施例來進一步說明本發明，但本發明的保護范圍并不限于下列實施例。

實施例1

鋰離子電池的組裝：

1）先將6g阿拉伯樹膠與100ml去離子水混合，通過攪拌和超聲得到均勻的溶液（濃度為60mg·ml^-1）；2）然后將fe2o3:乙炔黑:阿拉伯樹膠＝78:10:12混合研磨后均勻地涂在1.2cm²的銅片上做工作電極，對電極為金屬鋰，電解質是1mlipf6的ec+dec+dmc(ec/dec/dmc=1/1/1v/v/v)溶液；電池組裝在氬氣保護下手套箱里進行（氧氣和水分含量均低于1ppm）。

對比例1

鋰離子電池的組裝：

1）按質量比fe2o3:乙炔黑:聚偏氟乙烯＝78:10:12混合研磨后，在分散劑n-甲基吡咯烷酮的幫助下成漿后均勻地涂布在1.3cm²的銅片上做工作電極，對電極為金屬鋰，電解質是1mlipf6的ec+dec+dmc(ec/dec/dmc=1/1/1v/v/v)溶液。所有組裝均在充滿氬氣的手套箱里進行。

如圖1所示，用阿拉伯樹膠作為粘結劑的電池呈現出較好的倍率性能，在0.1ag^-1下其可逆容量穩定在850mahg^-1，在2ag^-1的電流密度下，還可保持300mahg^-1的容量。相比較而言，以pvdf為粘結劑的電池倍率性能很差，在2ag^-1的電流密度下其容量不到35mahg^-1；對兩種電池的循環性能如圖2所示，經過100次循環后，用阿拉伯樹膠作為粘結劑的電池還能保持612mahg^-1的容量，而另一個則只有183mahg^-1的容量。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。

技術特征：

技術總結
本發明屬于電池電極材料制備領域，具體涉及一種轉化型過渡金屬氧化物負極材料及其制備方法。所述的負極材料包括集流體和涂覆于集流體上的轉化型過渡金屬氧化物薄膜材料；所述的薄膜材料是以阿拉伯樹膠水溶液作為電極薄膜粘結劑，替代了傳統的聚偏氟乙烯，利用阿拉伯樹膠的柔韌性改善了過渡金屬氧化物電極材料體積變化的問題，從而很大程度地提高了過渡金屬氧化物電極材料的倍率性能和循環穩定性。

技術研發人員：洪振生;周凱強;何曉晴
受保護的技術使用者：福建師范大學
技術研發日：2017.03.31
技術公布日：2017.07.04