一种用于锂电池负极的氧化铬及碳纳米管复合材料的制备方法 |
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| 申请号 | CN201710673125.4 | 申请日 | 2017-08-08 | 公开(公告)号 | CN107482199A | 公开(公告)日 | 2017-12-15 |
| 申请人 | 南陵县生产力促进中心; | 发明人 | 汪永辉; 汪盛明; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于锂 电池 负极的 氧 化铬及 碳 纳米管 复合材料 的制备方法，所述 负极材料 为氧化铬及 碳纳米管 复合材料，其制备方法包括如下步骤1)碳纳米管加入无 水 乙醇 中，加入少量分散剂，进行超声搅拌，形成悬浊液；2)将Cr(NO3)2溶于去离子水中，并加入所述悬浊液，同时加入一定量的 氨 水 溶液，使PH值调整到10，超声搅拌30min-1小时混合；之后进行过滤，无水乙醇和去离子水反复清洗，之后置于干燥箱中70-80℃干燥箱12小时形成 块 体；然后放入管式炉中，在密闭的 真空 环境下550-650℃下 热处理 5-6小时，然后自然冷却；得到氧化铬及碳纳米管复合材料。制得的氧化铬及碳纳米管复合材料中，碳纳米管呈网状分布，氧化铬纳米颗粒在碳纳米管的管壁表面上分散。该材料具有高的 能量 密度 和良好的循环 稳定性 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于锂电池负极的氧化铬及碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种用于锂电池负极的氧化铬及碳纳米管复合材料的制备方法 技术领域背景技术[0002] 间断性的可再生能源的发电需要有效的能量存储系统，以确保在所有时间一致的能源供应，随着新能源汽车等发展，存储可再生能源更是要求设备具备高能量存储能力。目前，锂离子电池被广发使用在几乎所有电池供电的便携式电子设备中。锂离子电池源于锂的许多优点和性能，如重量轻、高电池容量、小尺寸、能实现快速插入固体的锂离子、低自放电、长期充电放电循环稳定性以及高开路电压等。可以预见，在不久的将来，锂离子电池将会是电动车和利用可再生能源的储备能源的至关重要的能源设施。 [0003] 其中负极材料直接影响着锂离子电池的能量密度、循环寿命等关键性能。目前碳材料是锂离子电池负极应用最为广泛的材料，它具有优良的循环性能、较高的库伦效率和稳定的放电电压平台等。目前应用最为广泛的碳材料石墨的理论能量密度是372mAh/g，其所能做到的动力能量密度在250wh/kg以下，不能满足新能源汽车进一步发展的需求。未来的锂离子电池负极材料必须向高容量方向发展，才能解决现有电池能量密度低的问题。 [0004] 氧化铬是一种新型的负极材料，由于其一些独特之处，比如高理论容量 (1058mAh/g)和1.085V的相对低的锂插入电压。但其高的理论容量的实现必须其材料结构具有介孔结构、高表面积以及较低的晶粒尺寸和更多的活性位点以实现快速转化反应。另外氧化铬在锂的嵌、脱循环过程中，出现体积膨胀和收缩，会造成材料结构的破坏从而导致电极循环性能的衰退。同时氧化铬的较低的导电性也是其作为锂离子电池负极材料的一个弱点。 发明内容[0005] 本发明针对锂离子电池发展的实际需求和现有技术存在的问题，拟提供一种氧化铬及碳纳米管复合材料及其制备方法。 [0006] 本发明提供了制备一种用于锂电池负极的氧化铬及碳纳米管复合材料的制备方法，具体步骤如下： [0008] 另外，将Cr(NO3)2溶于去离子水中，并加入上述悬浊液，同时加入一定量的氨水溶液，使PH值调整到10，超声搅拌30min-1小时混合；之后进行过滤，无水乙醇和去离子水反复清洗，之后置于干燥箱中70-80℃干燥箱12小时形成块体；然后放入管式炉中，在密闭的真空环境下550-650℃下热处理5-6小时，然后自然冷却；氧化铬及碳纳米管复合材料。 [0009] 经过上述步骤，制备的氧化铬及碳纳米管复合材料，氧化铬纳米颗粒，颗粒粒径约20-30nm，这些纳米颗粒在碳纳米管表面上分散。 [0010] 经过充放电测试，第一个周期放电容量为1080mAh/g，经1000次循环后，总体可逆容量为885mAh/g。相比由氧化铬单独制造的电极，这种纳米复合材料实现了较高的可逆容量，且优良的循环稳定性。这可归因于氧化铬纳米颗粒分散在碳纳米管管壁上形成的高表面积，同时也发挥了碳纳米管高导电性，两者形成网络相互连接，产生协同效应。同时由于碳纳米管的引入，将氧化铬纳米颗粒分散在碳纳米管管壁，使得氧化铬在锂的嵌、脱循环过程中，出现体积膨胀和收缩的产生的应力被有效的吸收，从而缓解了其带来的材料破坏问题，确保了电极的循环稳定性。附图说明 [0011] 图1为实施例1制得的氧化铬及碳纳米管复合材料的SEM图。 具体实施方式[0012] 以下结合附图及具体实施例进一步说明本发明。 [0013] 实施例1 [0014] 0.15g碳纳米管加入无水乙醇中，加入少量分散剂，进行超声搅拌，形成悬浊液； [0015] 另外，将5.0g的Cr(NO3)2溶于去离子水中，并加入上述悬浊液，同时加入一定量的氨水溶液，使PH值调整到10，超声搅拌1小时混合；之后进行过滤，无水乙醇和去离子水反复清洗，之后置于干燥箱中80℃干燥箱12小时形成块体；然后放入管式炉中，在密闭的真空环境下650℃下热处理6小时，然后自然冷却；氧化铬及碳纳米管复合材料。 [0016] 实施例2 [0017] 0.15g碳纳米管加入无水乙醇中，加入少量分散剂，进行超声搅拌，形成悬浊液； [0018] 另外，将4.0g的Cr(NO3)2溶于去离子水中，并加入上述悬浊液，同时加入一定量的氨水溶液，使PH值调整到10，超声搅拌30min小时混合；之后进行过滤，无水乙醇和去离子水反复清洗，之后置于干燥箱中70℃干燥箱12小时形成块体；然后放入管式炉中，在密闭的真空环境下550℃下热处理6小时，然后自然冷却；氧化铬及碳纳米管复合材料。 [0019] 实施例3 [0020] 0.15g碳纳米管加入无水乙醇中，加入少量分散剂，进行超声搅拌，形成悬浊液； [0021] 另外，将4.5g的Cr(NO3)2溶于去离子水中，并加入上述悬浊液，同时加入一定量的氨水溶液，使PH值调整到10，超声搅拌45min小时混合；之后进行过滤，无水乙醇和去离子水反复清洗，之后置于干燥箱中80℃干燥箱12小时形成块体；然后放入管式炉中，在密闭的真空环境下550℃下热处理5小时，然后自然冷却；氧化铬及碳纳米管复合材料。 [0022] 通过电子扫描显微镜(SEM)对上述各实施例制得的氧化铬及碳纳米管复合材料进行扫描观察，如图1为实施例1制得的氧化铬及碳纳米管复合材料的SEM 图，从图中可以看到，碳纳米管呈网状分布，碳纳米管的直径为150-200nm，氧化铬纳米颗粒，颗粒粒径约20-30nm，这些纳米颗粒在碳纳米管表面上分散。氧化铬纳米颗粒分散在碳纳米管管壁可以形成高比表面积，同时该复合材料也发挥了碳纳米管高导电性；两者通过形成网络相互连接，产生协同效应。同时由于碳纳米管的引入，将氧化铬纳米颗粒分散在碳纳米管管壁，使得氧化铬在锂的嵌、脱循环过程中，出现体积膨胀和收缩的产生的应力被有效的吸收，从而缓解了其带来的材料破坏问题，确保了电极的循环稳定性。 [0023] 将各实施例制得的氧化铬及碳纳米管复合材料与活性材料以及PVDF按照质量比1：8：1进行混合，研磨，然后加入NMP制程浆料，涂于泡沫镍极片上，并在70-80℃进行烘干，之后压片；以金属锂为对电极制得纽扣电池。之后进行充放电和循环测试，经过充放电测试，实施例1第一个周期放电容量为1080mAh/g，经1000次循环后，总体可逆容量为885mAh/g，可逆容量保持达到 88％。相比由氧化铬单独制造的电极，这种纳米复合材料实现了较高的可逆容量，且优良的循环稳定性。如下表一为各实施例电学性能测试的具体数据。 [0024] 表一各实施例电学性能测试数据 [0025] [0026] 显然，尽管本发明的内容就其公开的具体实施方式作出了完整而清晰的描述，但其不仅限于此，以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。对于所属技术领域的人员来说，通过这些表述的指导而对本发明作出改进和替代所获得的所有其他实施例，包含在本发明之中。 |
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