一种双重作用改性锂离子电池负极材料LiFe5O8/CNTs及其制备方法

本发明属于锂离子电池负极材料及其制备，具体提供一种双重作用改性锂离子电池负极材料life5o8/cnts及其制备方法。

背景技术：

1、随着传统能源导致的环境问题日益加剧以及不可再生资源在现代化工业中被不断的消耗，摆脱对传统能源的依赖和开发新型清洁能源已经成为人类的首要任务；其中，锂离子电池因其较高的能量密度以及对环境无害等特点被广泛应用于各种电子设备和电动汽车中。

2、正极材料、负极材料、隔膜以及电解液共同构成了锂离子电池，其中，负极材料在锂离子电池中起着重要作用；商业化负极材料主要以石墨为主，然而其较低的理论比容量已经无法满足日益增长的需求，因此，铁基金属氧化物材料受到了广泛关注。life5o8作为负极材料不仅比容量高，而且储量大且对环境无害；并且，其中含有锂离子，在使用过程中不用预锂化和补锂；然而，life5o8负极材料仍存在一些问题尚未解决：一是由于其较低的导电性导致循环可逆性较差，二是电极材料在充放电过程中发生的体积膨胀导致材料粉化并脱落，最终导致其电化学性能较差，从而严重阻碍了材料在工业中的实际应用。针对这些问题，目前对life5o8负极材料改性的研究较少，一般采取制备纳米纤维和中空结构等方法；但是，这些方法成本较高且工艺较为复杂，难以用做工业化大规模生产；因此，本发明提出一种双重作用改性锂离子电池负极材料life5o8/cnts及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对锂离子电池负极材料life5o8电化学性能差的缺点，提供一种双重作用改性锂离子电池负极材料life5o8/cnts及其制备方法。针对母体负极材料life5o8，本发明采用传统的固相烧结法首次成功实现碳纳米管复合改性，得到锂离子电池负极材料life5o8/cnts，该负极材料具有优异的循环性能和倍率性能，且能够满足较大倍率下充放电需求，提升了材料电子导电性的同时缓解材料在嵌锂和脱锂过程中的体积膨胀；而且该方法制造成本低，合成工艺较简单，易实现规模化的工业生产。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种双重作用改性锂离子电池负极材料life5o8/cnts，其特征在于，所述锂离子电池负极材料的化学通式为life5o8/cnts，由碳纳米管对life5o8前驱体复合改性得到，碳纳米管与life5o8前驱体的质量比为1～5％；所述碳纳米管在life5o8纳米颗粒之间形成三维导电网络。

4、进一步的，所述双重作用改性锂离子电池负极材料life5o8/cnts的制备方法，包括以下步骤：

5、步骤1.将碳纳米管超声分散于无水乙醇中，然后加入life5o8前驱体；以无水乙醇为分散剂，研磨均匀后烘干，得到混合粉末；

6、步骤2.将步骤1所得混合粉末放入烘箱中干燥，得到干燥样品；

7、步骤3.将步骤2所得干燥样品放入管式炉中，于氮气气氛下以2～5℃/min的速度升温至450～600℃，烧结5～10h；再自然降温冷却至室温，研磨成粉末，即得到双重作用改性锂离子电池负极材料life5o8/cnts。

8、进一步的，步骤1中，碳纳米管与life5o8前驱体的质量比为1～5％。

9、进一步的，步骤2中，干燥温度为80～120℃，干燥时间为6～12h。

10、进一步的，步骤3中，氮气流速为100～500ml/min。

11、从工作原理上讲：

12、本发明采用碳纳米管复合改性，仅极少量的碳纳米管被引入后，在life5o8纳米颗粒之间形成三维导电网络；一方面，碳纳米管形成的三维导电网络增强了电子在颗粒之间的传输速率从而提升了导电性，可以达到提升材料的电化学性能和倍率性能的效果；另一方面，三维导电网络可以有效的缓解life5o8负极材料在循环过程中产生的体积膨胀，减少了电极脱落的概率并提高结构的稳定性，使复合后的life5o8负极材料具有优异的循环稳定性。这样即实现了本发明的双重作用改性。

13、综上所述，本发明具有以下优点：

14、1、本发明采用固相烧结法合成life5o8/cnts复合材料，以life5o8前驱体为基体材料的共混烧结，目标产物life5o8/cnts无杂相；与模板法和静电纺丝法相比，固相烧结法的工艺更为简单，易实现规模化的工业生产，且制备过程中无有毒有害物质产生，符合绿色环保概念。

15、2、本发明通过引入极少量的碳纳米管后显著提升了life5o8负极材料的电子导电性，有利于促进life5o8颗粒之间电子的快速传递从而显著的提升了其循环稳定性和倍率性能；除此之外，引入的碳纳米管还有效的缓解了由材料在循环过程中的体积膨胀引起的电极材料粉化和脱落，进一步提升了材料的循环稳定性。

16、3、本发明制备的双重作用改性的锂离子电池负极材料life5o8/cnts具有较高的放电比容量和优异的循环性能，在室温25℃时，恒电流充放电倍率为0.5c，充放电截止电压为0-3v时，该材料首次放电比容量达到976mah/g，首圈库伦效率达到70.13％，循环50次后比容量仍高达427.3mah/g；在1c充放电倍率下首次放电比容量达到922.1mah/g，循环200次后仍高达331.7mah/g，具有优异的循环稳定性能。

17、4、本发明的制备工艺中所涉及的原材料储量丰富，来源广泛，且无毒无害，对环境友好。

技术特征：

1.一种双重作用改性锂离子电池负极材料life5o8/cnts，其特征在于，所述锂离子电池负极材料的化学通式为life5o8/cnts，由碳纳米管对life5o8前驱体复合改性得到，碳纳米管与life5o8前驱体的质量比为1～5％；所述碳纳米管在life5o8纳米颗粒之间形成三维导电网络。

2.按权利要求1所述双重作用改性锂离子电池负极材料life5o8/cnts的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.按权利要求2所述双重作用改性锂离子电池负极材料life5o8/cnts的制备方法，其特征在于，步骤1中，碳纳米管与life5o8前驱体的质量比为1～5％。

4.按权利要求2所述双重作用改性锂离子电池负极材料life5o8/cnts的制备方法，其特征在于，步骤2中，干燥温度为80～120℃，干燥时间为6～12h。

5.按权利要求2所述双重作用改性锂离子电池负极材料life5o8/cnts的制备方法，其特征在于，步骤3中，氮气流速为100～500ml/min。

技术总结
本发明属于锂离子电池负极材料及其制备技术领域，具体提供一种双重作用改性锂离子电池负极材料LiFe<subgt;5</subgt;O<subgt;8</subgt;/CNTs及其制备方法，用以解决负极材料LiFe<subgt;5</subgt;O<subgt;8</subgt;电化学性能差的问题。本发明采用传统的固相烧结法首次成功实现碳纳米管复合改性，得到锂离子电池负极材料LiFe<subgt;5</subgt;O<subgt;8</subgt;/CNTs，碳纳米管在LiFe<subgt;5</subgt;O<subgt;8</subgt;纳米颗粒之间形成三维导电网络，既增强了电子在颗粒之间的传输速率从而提升了导电性、达到提升材料的电化学性能和倍率性能的效果，又有效的缓解负极材料LiFe<subgt;5</subgt;O<subgt;8</subgt;在循环过程中产生的体积膨胀，减少了电极脱落的概率并提高结构的稳定性；最终使得材料具有优异的循环性能和倍率性能，且能够满足较大倍率下充放电需求；而且制造成本低，合成工艺较简单，易实现规模化的工业生产。

技术研发人员：刘兴泉,霍晋生,李蕾,冉淇文,何泽珍
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13