本發(fā)明屬于電池電極材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種轉(zhuǎn)化型過(guò)渡金屬氧化物負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

鋰離子電池由于具有高容量、高電壓和循環(huán)壽命長(zhǎng)等顯著優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電子設(shè)備、國(guó)防工業(yè)、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。當(dāng)前，鋰離子電池的負(fù)極主要是碳基負(fù)極材料，主要為石墨負(fù)極材料，但石墨負(fù)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(jìn)一步提升。過(guò)渡金屬氧化物如feo、coo、nio、cu2o等，因具有較高的容量被認(rèn)為是一類非常有應(yīng)用前景的鋰離子電池負(fù)極材料。過(guò)渡金屬氧化物材料主要分為粉體材料和薄膜材料兩類。對(duì)于薄膜材料，一般使用碳黑、黏結(jié)劑pvdf和活性物質(zhì)混合制備電極片。但是在充放電循環(huán)過(guò)程中，過(guò)渡金屬氧化物電極材料的體積會(huì)發(fā)生較大膨脹，甚至引起材料粉化，從而導(dǎo)致其倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性都比較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種轉(zhuǎn)化型過(guò)渡金屬氧化物負(fù)極材料及其制備方法。本發(fā)明以阿拉伯樹膠水溶液作為電極薄膜粘結(jié)劑，替代了傳統(tǒng)的聚偏氟乙烯，利用阿拉伯樹膠的柔韌性改善了過(guò)渡金屬氧化物電極材料體積變化的問(wèn)題，從而很大程度地提高了過(guò)渡金屬氧化物電極材料的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種轉(zhuǎn)化型過(guò)渡金屬氧化物負(fù)極材料包括集流體和涂覆于集流體上的轉(zhuǎn)化型過(guò)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(jié)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(guān)系到電極片的制作質(zhì)量，當(dāng)濃度不合適時(shí)，所制得的電極片質(zhì)量不佳，進(jìn)而影響電池的倍率性能等。40-100mg·ml^-1是優(yōu)選的濃度范圍，當(dāng)濃度低于40mg·ml^-1或高于100mg·ml^-1時(shí)，電池的倍率性能明顯變差。

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

所述的過(guò)渡金屬氧化物包括fe2o3、feo、coo、nio和cu2o。

一種如上任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)化型過(guò)渡金屬氧化物負(fù)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(fù)極，

一種鋰離子電池，包括正極、負(fù)極和電解液，其中負(fù)極采用如上所述的負(fù)極材料。

本發(fā)明的有益效果在于：

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

2）本發(fā)明的負(fù)極材料的制備方法操作簡(jiǎn)便、成本低、環(huán)保、性能優(yōu)異，此方法還能推廣至其它電極薄膜等領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1以fe2o3為過(guò)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(jié)劑組裝成的鋰離子電池的倍率性能圖；

圖2以fe2o3為過(guò)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(jié)劑組裝成的鋰離子電池，在0.1a/g電流密度下的循環(huán)性能圖。

圖3以fe2o3為過(guò)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(jié)劑的的鋰離子電池的倍率性能圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明用下列實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于下列實(shí)施例。

實(shí)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(guò)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(duì)電極為金屬鋰，電解質(zhì)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(hù)下手套箱里進(jìn)行（氧氣和水分含量均低于1ppm）。

對(duì)比例1

鋰離子電池的組裝：

1）按質(zhì)量比f(wàn)e2o3: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(duì)電極為金屬鋰，電解質(zhì)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(jìn)行。

如圖1所示，用阿拉伯樹膠作為粘結(jié)劑的電池呈現(xiàn)出較好的倍率性能，在0.1ag^-1下其可逆容量穩(wěn)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(jié)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(duì)兩種電池的循環(huán)性能如圖2所示，經(jīng)過(guò)100次循環(huán)后，用阿拉伯樹膠作為粘結(jié)劑的電池還能保持612mahg^-1的容量，而另一個(gè)則只有183mahg^-1的容量。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于電池電極材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種轉(zhuǎn)化型過(guò)渡金屬氧化物負(fù)極材料及其制備方法。所述的負(fù)極材料包括集流體和涂覆于集流體上的轉(zhuǎn)化型過(guò)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(jié)劑，替代了傳統(tǒng)的聚偏氟乙烯，利用阿拉伯樹膠的柔韌性改善了過(guò)渡金屬氧化物電極材料體積變化的問(wèn)題，從而很大程度地提高了過(guò)渡金屬氧化物電極材料的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：洪振生;周凱強(qiáng);何曉晴
受保護(hù)的技術(shù)使用者：福建師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.31
技術(shù)公布日：2017.07.04