一种锂离子电池负极材料及其制备方法与流程

本发明涉及电池材料领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池(libs)因其高能量，密度大，使用寿命长，绿色环保而受到广泛关注。到目前为止，虽然石墨一直是商用锂电池中最常用的材料。但是，由于石墨的理论容量低，无法满足下一代电池日益增长的能量密度和寿命要求。

2、最近过渡金属氧化物和金属硫化物，尤其是co3o4、zns因为比容量高，价格低廉，耐腐蚀性强，引起了广泛关注。但是对于金属化合物，由于在放电和充电过程中，其固有的低导电率和巨大的体积膨胀/收缩仍然阻碍着这种材料的广泛应用。为了解决上述问题，人们提出了多种策略。

3、金属有机骨架(mof)是在金属离子/簇和有机配体的配合下形成的多孔结构，具有均匀的孔隙控制和较大的表面积，在储能领域得到了广泛的研究。金属有机骨架材料(mof)应用在电池领域主要是两类，一类是以牺牲为代价获得衍生材料，作为牺牲模板；另一种是mof键合活性材料的复合材料，在惰性气体中，材料在高温退火条件下mof制备出形态完整清晰，电导率高的多孔碳。

4、最近，有人提出mof作为模板化的前驱体或者碳基材料，通过继承mof前驱体的形态和孔隙度，获得可定制的功能多孔材料(金属/金属氧化物及其碳复合材料)用作锂离子电池的负极材料，但mof仍存在体积膨胀导致初始库伦效率和循环使用寿命低等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法，解决现有技术中金属氧化物作为负极材料存在初始库伦效率和循环使用寿命均较低的技术问题。

2、为达到上述技术目的，本发明提供的技术方案是：

3、第一方面，本发明提供一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：取zif-67在空气中加热煅烧，使zif-67中的有机物分解，得到中空co3o4；将中空co3o4分散在盐酸溶液中，然后添加二(2-羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛水溶液，得到分散液；分散液中，中空co3o4与二(2-羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛的比例为0.2g：(2～5)ml；将分散液搅拌反应，离心收集得到颗粒物；将颗粒物在惰性气氛下加热煅烧，得到中空co3o4@tio2锂离子电池负极材料。

4、第二方面，本发明提供一种如上制备方法制得的锂离子电池负极材料。

5、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

6、本发明采用具有中空结构的co3o4，再与tio2形成无定型结构材料，作为锂离子电池的负极材料，co3o4@tio2的中空无定形结构不仅提供了离子运输通道，而且在循环过程中还具有足够的缓冲空间用于体积膨胀，综合电化学性能优异，特别是首次放电比容量和首次可逆容量高。

技术特征：

1.一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述zif-67的合成步骤包括：将2-甲基咪唑和co(no3)2·6h2o分别溶解在溶剂中，各自超声处理后得到2-甲基咪唑溶液和硝酸钴溶液；将2-甲基咪唑溶液和硝酸钴溶液混合后室温搅拌反应，离心收集紫色沉淀，洗涤干燥后得到zif-67。

3.根据权利要求2所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，超声处理时间为15min～30min；溶剂为体积比1:1的甲醇及乙醇的混合溶液；室温搅拌反应24h～48h。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，zif-67在空气中加热煅烧时，煅烧温度在420℃～480℃，时间为1.5～2.5h。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，zif-67煅烧时，升温速率均为2～10℃/min；颗粒物煅烧时，升温速率为2～5℃/min。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，盐酸溶液的浓度为0.05～0.15mol/l；中空co3o4和盐酸溶液的比例为0.2g：(50～150)ml。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，添加二(2-羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛水溶液的质量浓度为50％。

8.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，分散液在20～25℃下搅拌反应3h～6h。

9.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，颗粒物煅烧时，采用的惰性气氛为氩气，煅烧温度为400℃～480℃，时间为4.5～5.5h。

10.如权利要求1-9任一项所述制备方法制得的锂离子电池负极材料。

技术总结
本发明涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法，包括以下步骤：取ZIF‑67在空气中加热煅烧，使ZIF‑67中的有机物分解，得到中空Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;；将中空Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;分散在盐酸溶液中，然后添加二(2‑羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛水溶液，得到分散液；将分散液搅拌反应，离心收集得到颗粒物；将颗粒物在惰性气氛下加热煅烧，得到中空Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;@TiO<subgt;2</subgt;锂离子电池负极材料。本发明采用中空Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;与TiO<subgt;2</subgt;形成无定型结构材料，作为锂离子电池负极材料，Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;@TiO<subgt;2</subgt;的中空无定形结构不仅提供了离子运输通道，而且在循环过程中还具有足够的缓冲空间用于体积膨胀，综合电化学性能优异，特别是首次放电比容量和首次可逆容量高。

技术研发人员：丁慧,刘长来,夏诗忠,陈念,李琦旸
受保护的技术使用者：骆驼集团武汉光谷研发中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15