專利名稱：異質(zhì)結(jié)納米材料、鋰離子電池負極極片及鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可充電鋰離子電池技術(shù)，尤其涉及一種制備MoO3納米帶的方法、MoO3納米帶、異質(zhì)結(jié)納米材料、鋰離子電池負極極片及鋰離子電池。
背景技術(shù)：
鋰離子電池由于其較高的能量密度和較長的循環(huán)壽命，已經(jīng)成為最重要的便攜式電子產(chǎn)品和電動汽車的電源。通常，商業(yè)鋰離子電池的負極材料為石墨材料，是因為石墨材料在鋰的嵌入和脫出的過程中具有很高的循環(huán)穩(wěn)定性。但是，石墨材料在實際應(yīng)用中也遇到很多問題，諸如石墨材料的理論容量僅僅為372mAhg-l，很難適應(yīng)鋰離子電池的高的能量密度的需求。此外，金屬氧化物由于其高的理論可逆比容量，也被廣泛的用于制備高容量、高能量密度的鋰離子電池。但是金屬氧化物材料在循環(huán)過程中，首次不可逆反應(yīng)以及在隨后的循環(huán)過程中容量的快速下降，造成鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性很低。近年來，將材料納米化，尤其是一維納米結(jié)構(gòu)的使用，大大的提高了材料在鋰的嵌入和脫出過程中的機械強度，使得材料能夠承受更大的應(yīng)力，最大化的保持材料在鋰離子充放電過程中的結(jié)構(gòu)完整性，從而有效地提高鋰離子電池的負極特性。如，金屬氧化物一維納米結(jié)構(gòu)用于鋰離子電池的負極，也可以有效地提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性，但是由于金屬氧化物材料自身的局限性，其可逆比容量和循環(huán)穩(wěn)定性依然沒有達到商業(yè)鋰離子電池的應(yīng)用要求。因此，需要一種鋰離子電池新型負極，用以提高鋰離子電池的的可逆比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。現(xiàn)有技術(shù)采用將金屬氧化物同碳材料復合，一方面可以提高碳材料的可逆比容量；另一方面也可以提高金屬氧化物材料的循環(huán)穩(wěn)定性。參見申請?zhí)枮镃N20101(^91060. 5的中國專利申請，其將石墨烯和二氧化錫復合，并將其用于鋰離子電池的負極，可以得到材料首次可逆比容量IOOOmAhg-I以上，經(jīng)20次循環(huán)后放電比容量依然保持在600mAhg_l，大大的提高了單一的碳材料和金屬氧化物材料用作鋰離子電池負極的特性。雖然該技術(shù)方案在一定程度上提高了鋰離子電池的可逆比容量和循環(huán)穩(wěn)定性，但是其可逆比容量和循環(huán)穩(wěn)定性依然不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例一方面提供一種制備MoO3納米帶的方法及MoO3納米帶，以用于使得MoO3納米帶形貌更加規(guī)則，從而有利于提高鋰離子電池的可逆比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。本發(fā)明實施例另一方面提供一種異質(zhì)結(jié)納米材料，以用于制備鋰離子電池負極極片，從而提高鋰離子電池的可逆比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。本發(fā)明實施例又一個方面提供一種制備鋰離子電池負極極片的方法、鋰離子電池負極極片及鋰離子電池，以用于提高鋰離子電池的可逆比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。本發(fā)明實施例提供的一種制備MoO3納米帶的方法，包括將鉬酸銨完全溶解在去離子水中，得到混合溶液；在所述混合溶液中加入濃硝酸后，放入高壓反應(yīng)釜并加熱；冷卻清洗得到MoO3納米帶。本發(fā)明實施例提供的一種采用上述制備MoO3納米帶的方法制備得到的MoO3納米帶，形貌更加規(guī)則，使得其電化學性能更加優(yōu)越，以滿足鋰離子電池的進一步的高可逆比容量和高循環(huán)穩(wěn)定性的要求。本發(fā)明實施例提供的一種異質(zhì)結(jié)納米材料，包括MoO3納米帶及包覆在所述MoO3納米帶表面的合金型嵌鋰機制的金屬氧化物。本發(fā)明實施例提供的一種制備鋰離子電池負極極片的方法，其中，活性材料采用上述異質(zhì)結(jié)納米材料，包括將所述活性材料、導電石墨、羥甲基纖維素CMC及水混合；用異丙醇將所述混合得到的混合物調(diào)勻，并均勻涂布在銅片上，得到涂片；將所述涂片真空干燥、壓片，得到鋰離子電池負極極片。本發(fā)明實施例提供的一種采用上述制備鋰離子電池負極極片的方法制備得到的鋰離子電池負極極片，能夠提高鋰離子電池的可逆比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。本發(fā)明實施例提供的一種設(shè)置有上述鋰離子電池負極極片的鋰離子電池，具有高可逆比容量和高循環(huán)穩(wěn)定性。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例提供的制備MoO3納米帶的方法的流程圖；圖2A為本發(fā)明實施例提供的MoO3納米帶的形貌示意圖；圖2B為本發(fā)明實施例提供的MoO3納米帶的的掃描電子顯微鏡圖；圖3A為本發(fā)明實施例提供的異質(zhì)結(jié)納米材料的形貌示意圖；圖;3B為本發(fā)明實施例提供的異質(zhì)結(jié)納米材料的掃描電子顯微鏡圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的制備鋰離子電池負極極片的方法的流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。圖1為本發(fā)明實施例提供的制備MoO3納米帶的方法的流程圖。如圖1所示，制備MoO3納米帶的方法包括
步驟11、將鉬酸銨完全溶解在去離子水中，得到混合溶液。如，將0. 5_2g鉬酸銨完全溶解在20-45ml的去離子水中。步驟12、在所述混合溶液中加入濃硝酸后，放入高壓反應(yīng)釜并加熱。如將所述高壓反應(yīng)釜在100-250°C的溫度下加熱10-48小時。步驟13、冷卻清洗得到MoO3納米帶。具體地，如將0. 5-2g鉬酸銨在磁力攪拌器的攪拌下溶解在20_45ml的去離子水中，得到混合溶液。等待鉬酸銨完全溶解后，在上述混合溶液中加入l_15ml的濃硝酸，攪拌2分鐘(min)。然后將溶液轉(zhuǎn)移到高壓反應(yīng)釜中，并快速地將高壓反應(yīng)釜放入到爐子中，在100-250°C的溫度下加熱10-48小時(h)。反應(yīng)結(jié)束后，待高壓反應(yīng)釜冷卻到常溫，采用離心清洗的方法，收集粉末樣品，得到MoO3納米帶。本實施例中，MoO3納米帶由鉬酸銨、濃硝酸等制備獲得，得到的MoO3納米帶如圖2A、圖2B所示，可以得知MoO3納米帶的寬度約為180nm，形貌更加規(guī)則，使得其電化學性能更加優(yōu)越，以滿足鋰離子電池的進一步的高可逆比容量和高循環(huán)穩(wěn)定性的要求。針對目前鋰離子電池負極面臨的可逆比容量和循環(huán)穩(wěn)定性的問題，本發(fā)明實施例提供一種異質(zhì)結(jié)納米材料，該異質(zhì)結(jié)納米材料包括=MoO3納米帶及包覆在所述MoO3納米帶表面的合金型嵌鋰機制的金屬氧化物。其中，MoO3納米帶可通過傳統(tǒng)技術(shù)制備得到，也可采用上述圖1所示實施例中的方法制備得到。當采用圖1所示實施例的方法制備得到MoO3納米帶時，異質(zhì)結(jié)納米材料如圖3A、圖3B所示，合金型嵌鋰機制的金屬氧化物(MOx)納米顆粒均勻地包覆在MoO3納米帶的表面。MOx-MoO3納米帶即異質(zhì)結(jié)納米材料的寬度約為220nm，并且MOx-MoO3納米帶表面很光滑，表明包覆的MOx材料很均勻。所述金屬氧化物中的金屬可為Al、Si、Sn、Sb等。為了將合金型嵌鋰機制的金屬氧化物(M0X，M = Al、Si、Sn、Sb等)均勻的包覆在MoO3納米帶的表面，可采用水熱法、濺射法、化學氣相沉積、物理氣相沉積等方法，合成得到這種異質(zhì)結(jié)納米材料，這里是異質(zhì)結(jié)納米帶。上述實施例通過將合金型嵌鋰機制的金屬氧化物同氧化鉬納米材料復合，使其形成異質(zhì)結(jié)納米材料，為了提高鋰離子電池的可逆比容量和循環(huán)穩(wěn)定性，這里將異質(zhì)結(jié)納米材料用于鋰離子電池負極的研究。圖4為本發(fā)明實施例提供的制備鋰離子電池負極極片的方法的流程圖。如圖4所示，制備鋰離子電池負極極片的方法包括步驟41、將所述活性材料、導電石墨、CMC(Carboxy Methyl Cellulose，羥甲基纖維素)及水混合。其中，活性材料采用上述實施例提供的任一種異質(zhì)結(jié)納米材料。所述異質(zhì)結(jié)納米材料、導電石墨、CMC及水的混合比例可為8 :1:1: 100。該混合比例為異質(zhì)結(jié)納米材料、導電石墨、CMC及水的質(zhì)量比例。步驟42、用異丙醇將所述混合得到的混合物調(diào)勻，并均勻涂布在銅片上，得到涂片。步驟43、將所述涂片真空干燥、壓片，得到鋰離子電池負極極片。將所述涂片真空干燥的過程，可包括對所述涂片進行120°C真空干燥M小時以上。
例如，按照活性材料導電石墨CMC 水=8 1 1 100的質(zhì)量比例混合，并用異丙醇調(diào)成均勻漿料，均勻涂布在銅片上，得到涂片，將涂片置于120°C真空中干燥Mh 以上，壓片，制備成鋰離子電池負極極片。本實施例中，鋰離子電池負極極片由上述異質(zhì)結(jié)納米材料制備得到，能夠提高鋰離子電池的可逆比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。本發(fā)明實施例提供的鋰離子電池包括上述圖4所示實施例制備的鋰離子電池負極極片，因此，本實施例提供的電池具有高可逆比容量和高循環(huán)穩(wěn)定性。下面通過測試驗證。首先組裝鋰離子電池。具體地，將圖4所示實施例中制備的極片作為工作電極，金屬鋰片作為該工作電極的對電極，將lM(mol/L)且體積比為1 1的六氟磷酸鋰和EC(1， 2-ethanediol carbonate，碳酸乙烯脂)/DMC (Dimethylcarbonate，碳酸二甲脂)作為電解液，Celgard2400聚丙烯多孔膜作為隔膜，在充滿惰性氣體的手套箱中裝配成2016-紐扣電池。然后，采用LAND-CT2001A電池程序控制儀，對2016-紐扣電池進行恒電流充放電測試，電壓范圍0. 01-2. 75V，充放電電流為67mAg-l。測試結(jié)果如表1、表2所示。表IMoO3以及異質(zhì)結(jié)納米帶循環(huán)30次后的可逆比容量
權(quán)利要求
1.一種制備MoO3納米帶的方法，其特征在于，包括將鉬酸銨完全溶解在去離子水中，得到混合溶液；在所述混合溶液中加入濃硝酸后，放入高壓反應(yīng)釜并加熱；冷卻清洗得到MoO3納米帶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備MoO3納米帶的方法，其特征在于，將鉬酸銨完全溶解在去離子水中的過程，包括將0. 5-2g鉬酸銨完全溶解在20-45ml的去離子水中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備MoO3納米帶的方法，其特征在于，放入高壓反應(yīng)釜并加熱的過程，包括將所述高壓反應(yīng)釜在100-250°C的溫度下加熱10-48小時。
4.一種采用上述權(quán)利要求1-3任一項所述的制備MoO3納米帶的方法制備得到的MoO3 納米帶。
5.一種異質(zhì)結(jié)納米材料，其特征在于，包括MoO3納米帶及包覆在所述MoO3納米帶表面的合金型嵌鋰機制的金屬氧化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的異質(zhì)結(jié)納米材料，其特征在于，所述金屬氧化物中的金屬為 Al、Si、Sn、Sb。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的異質(zhì)結(jié)納米材料，其特征在于，所述MoO3納米帶為上述權(quán)利要求4所述的MoO3納米帶。
8.一種制備鋰離子電池負極極片的方法，其特征在于，活性材料采用上述權(quán)利要求 5-7任一項所述的異質(zhì)結(jié)納米材料，包括將所述活性材料、導電石墨、羥甲基纖維素CMC及水混合；用異丙醇將所述混合得到的混合物調(diào)勻，并均勻涂布在銅片上，得到涂片；將所述涂片真空干燥、壓片，得到鋰離子電池負極極片。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備鋰離子電池負極極片的方法，其特征在于，所述異質(zhì)結(jié)納米材料、導電石墨、CMC及水的混合比例為8 :1:1: 100。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的制備鋰離子電池負極極片的方法，其特征在于，將所述涂片真空干燥的過程，包括對所述涂片進行120°C真空干燥M小時以上。
11.一種采用上述權(quán)利要求8-10任一項所述的制備鋰離子電池負極極片的方法制備得到的鋰離子電池負極極片。
12.一種設(shè)置有上述權(quán)利要求11所述的鋰離子電池負極極片的鋰離子電池。
全文摘要
本發(fā)明提供一種異質(zhì)結(jié)納米材料、鋰離子電池負極極片及鋰離子電池，異質(zhì)結(jié)納米材料包括MoO3納米帶及包覆在所述MoO3納米帶表面的合金型嵌鋰機制的金屬氧化物。鋰離子電池負極極片采用該異質(zhì)結(jié)納米材料作為活性材料，采用該鋰離子電池負極極片的鋰離子電池具有高可逆比容量和高循環(huán)穩(wěn)定性。
文檔編號B82Y30/00GK102569763SQ20121002885
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者王興杰 申請人:華為技術(shù)有限公司