CN108281626B - 一种锂离子电池用高性能氧化锌/三氧化二铁/铁酸锌三元复合负极材料的制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池用高性能氧化锌/三氧化二铁/铁酸锌三元复合负极材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108281626B
CN108281626B CN201810004969.4A CN201810004969A CN108281626B CN 108281626 B CN108281626 B CN 108281626B CN 201810004969 A CN201810004969 A CN 201810004969A CN 108281626 B CN108281626 B CN 108281626B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ternary composite
zinc
electrode material
znfe
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810004969.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108281626A (zh
Inventor
李延伟
姚金环
郑远远
严靖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhengzhou Songbo New Material Technology Co.,Ltd.
Original Assignee
Guilin University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guilin University of Technology filed Critical Guilin University of Technology
Priority to CN201810004969.4A priority Critical patent/CN108281626B/zh
Publication of CN108281626A publication Critical patent/CN108281626A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108281626B publication Critical patent/CN108281626B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/483—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/523—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron for non-aqueous cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池用高性能氧化锌/三氧化二铁/铁酸锌三元复合负极材料的制备方法。分别以六水合硝酸锌和六水合氯化铁为锌源和铁源，以蔗糖作为辅助剂，采用高温烧结法制得具有微/纳分级片状结构的氧化锌/三氧化二铁/铁酸锌（ZnO/Fe2O3/ZnFe2O4）三元复合材料。本发明方法制备的ZnO/Fe2O3/ZnFe2O4三元复合材料作为锂离子电池负极材料具有较高嵌/脱锂性能，且制备方法十分简便、成本低、产率高、制备条件易于控制，适用于大规模生产。

Description

一种锂离子电池用高性能氧化锌/三氧化二铁/铁酸锌三元复 合负极材料的制备方法
技术领域
本发明属于化学电源技术领域，具体涉及一种锂离子电池用高性能氧化锌/三氧化二铁/ 铁酸锌(ZnO/Fe2O3/ZnFe2O4)三元复合负极材料的制备方法。
技术背景
双过渡金属氧化物负极材料利用两种金属的复配原则，发挥多组分优势，与一般过渡金属氧化物相比具有更好的嵌/脱锂性能。其中，双过渡金属氧化物ZnFe2O4由于具有相对较高的理论比容量(1072mAhg-1)、安全性好、原料来源广泛、成本低、环境友好等优点而受到更多人的重视。然而，ZnFe2O4作为锂离子电池负极材料在嵌/脱锂过程中会发生明显的体积变化导致颗粒粉化、脱落，使其电接触变差，从而导致电极性能变差。与金属氧化物复合，利用相与相之间的协同效应，可以有效缓解材料在嵌脱锂过程中产生的内应力；微观结构调控制备具有微/纳结构的电极材料利用微米结构和纳米结构的协同作用，同样可以缓解材料在嵌脱锂过程中产生的内应力，提高ZnFe2O4的嵌/脱锂性能。为此，本发明提出一种十分简便的制备具有微/纳分级片状结构的高性能ZnO/Fe2O3/ZnFe2O4三元复合负极材料的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备锂离子电池用高性能ZnO/Fe2O3/ZnFe2O4三元复合负极材料的方法。
具体步骤为：
(1)将六水合硝酸锌Zn(NO3)2.6H2O和六水合氯化铁FeCl3.6H2O按锌、铁摩尔比为1:2 混合。
(2)按蔗糖与FeCl3.6H2O的质量比为1:1的比例向步骤(1)的混合物中加入蔗糖，再向其中加入Zn(NO3)2.6H2O，步骤(2)加入的Zn(NO3)2.6H2O与步骤(1)加入的FeCl3.6H2O的摩尔比为1:32～1:2，然后加入去离子水使其全部溶解。
(3)将步骤(2)所得的混合溶液置于马弗炉中在空气气氛下由室温加热到600℃，升温速度为5℃/min，在600℃条件下烧结3小时，随炉冷却后得到具有微/纳分级片状结构ZnO/Fe2O3/ZnFe2O4三元复合负极材料。
本发明方法制备的ZnO/Fe2O3/ZnFe2O4三元复合材料作为锂离子电池负极材料具有较高嵌/脱锂性能，且制备方法十分简便、成本低、产率高、制备条件易于控制，适用于大规模生产。
附图说明
图1为实施例1～3所得的ZnO/Fe2O3/ZnFe2O4三元复合负极材料的XRD图谱。
图2为实施例1～3所得的ZnO/Fe2O3/ZnFe2O4三元复合负极材料的SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，需要指出的是以下实施例是为了本领域的技术人员更好地理解本发明，而不是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述内容做出一些非本质的改进和调整。
实施例1：
(1)将1.1g Zn(NO3)2.6H2O和2.0g FeCl3.6H2O混合。
(2)向步骤(1)的混合物中加入2.0g蔗糖，再向其中加入0.0688g Zn(NO3)2.6H2O(步骤(2) 加入的Zn(NO3)2.6H2O与步骤(1)加入的FeCl3.6H2O的摩尔比为1:32)，然后加入5mL去离子水使其全部溶解。
(3)将步骤(2)所得的混合溶液置于马弗炉中在空气气氛下由室温加热到600℃，升温速度为5℃/min，在600℃条件下烧结3小时，随炉冷却后得到具有微/纳分级片状结构ZnO/Fe2O3/ZnFe2O4三元复合负极材料。
实施例2：
(1)将1.1g Zn(NO3)2.6H2O和2.0g FeCl3.6H2O混合。
(2)向步骤(1)的混合物中加入2.0g蔗糖，再向其中加入0.275g Zn(NO3)2.6H2O(步骤(2) 加入的Zn(NO3)2.6H2O与步骤(1)加入的FeCl3.6H2O的摩尔比为1:8)，然后加入5mL去离子水使其全部溶解。
(3)将步骤(2)所得的混合溶液置于马弗炉中在空气气氛下由室温加热到600℃，升温速度为5℃/min，在600℃条件下烧结3小时，随炉冷却后得到具有微/纳分级片状结构ZnO/Fe2O3/ZnFe2O4三元复合负极材料。
实施例3：
(1)将1.1g Zn(NO3)2.6H2O和2.0g FeCl3.6H2O混合。
(2)向步骤(1)的混合物中加入2.0g蔗糖，再向其中加入1.1g Zn(NO3)2.6H2O(步骤(2) 加入的Zn(NO3)2.6H2O与步骤(1)加入的FeCl3.6H2O的摩尔比为1:2)，然后加入5mL去离子水使其全部溶解。
(3)将步骤(2)所得的混合溶液置于马弗炉中在空气气氛下由室温加热到600℃，升温速度为5℃/min，在600℃条件下烧结3小时，随炉冷却后得到具有微/纳分级片状结构ZnO/Fe2O3/ZnFe2O4三元复合负极材料。
电化学性能测试：分别将实施例中制备的Fe2O3/ZnFe2O4作为活性材料，导电炭黑(Super P)作为导电剂，聚偏氟乙烯(PVDF)作为粘结剂按质量比6:3:1的比例混合研磨均匀后，加入适量的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，调匀成浆后均匀涂覆在铜箔上，在80℃下干燥至恒重，冲裁后得到电极片。以铁酸锌电极片为工作电极，金属锂片为对电极，聚丙烯多孔膜(Celgard 2400)为隔膜，1mol/L LiPF6的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合液(m(EC):m(DMC):m(DEC)＝1:1:1)为电解液，在充满氩气的手套箱中组装成CR2016型扣式电池。采用深圳新威公司的BTS-5V/10mA型充放电测试仪测试电池的恒流充放电及倍率性能，充放电电压范围为0.01～3.0V，其中倍率性能测试的电流密度分别为1、3、5、7和10A/g，循环性能测试的电流密度为1A/g，充放电循环500圈，具体测试结果列于表1中。
表1：实施例样品的性能测试结果
Figure BDA0001538309690000031
如图1所示，为实施例1～3制备的负极材料的XRD图谱。从图中可以看出，本发明制备的负极材料为ZnO/Fe2O3/ZnFe2O4三元复合负极材料。
如图2所示，为实施例1～3制备的负极材料的SEM图。从图中可以看出，本发明制备的负极材料具有微/纳分级片状结构。

Claims (2)

1.一种ZnO/Fe2O3/ZnFe2O4三元复合负极材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：
(1) 将六水合硝酸锌Zn(NO3)2.6H2O和六水合氯化铁FeCl3.6H2O按锌、铁摩尔比为1:2混合；
(2) 按蔗糖与FeCl3.6H2O的质量比为1:1的比例向步骤(1)的混合物中加入蔗糖，再向其中加入Zn(NO3)2.6H2O；步骤(2)加入的Zn(NO3)2.6H2O与步骤(1)加入的FeCl3.6H2O的摩尔比为1:32~1:2，然后加入去离子水使其全部溶解；
(3) 将步骤(2)所得的混合溶液置于马弗炉中在空气气氛下由室温加热到600 ℃，升温速度为5 ℃/min，在600 ℃条件下烧结3小时，随炉冷却后得到具有微/纳分级片状结构ZnO/Fe2O3/ZnFe2O4三元复合电极材料。
2.根据权利要求1所述的方法制备的ZnO/Fe2O3/ZnFe2O4三元复合电极材料的应用，其特征在于所述ZnO/Fe2O3/ZnFe2O4三元复合负极材料能应用于制备锂离子电池。
CN201810004969.4A 2018-01-03 2018-01-03 一种锂离子电池用高性能氧化锌/三氧化二铁/铁酸锌三元复合负极材料的制备方法 Active CN108281626B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810004969.4A CN108281626B (zh) 2018-01-03 2018-01-03 一种锂离子电池用高性能氧化锌/三氧化二铁/铁酸锌三元复合负极材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810004969.4A CN108281626B (zh) 2018-01-03 2018-01-03 一种锂离子电池用高性能氧化锌/三氧化二铁/铁酸锌三元复合负极材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108281626A CN108281626A (zh) 2018-07-13
CN108281626B true CN108281626B (zh) 2020-06-05

Family

ID=62803228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810004969.4A Active CN108281626B (zh) 2018-01-03 2018-01-03 一种锂离子电池用高性能氧化锌/三氧化二铁/铁酸锌三元复合负极材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108281626B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102181828A (zh) * 2011-04-14 2011-09-14 电子科技大学 ZnFe2O4铁氧体薄膜制备方法
CN103094558A (zh) * 2012-12-18 2013-05-08 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 一种铁酸锌基纳米复合材料、制备方法及其用途
CN103579588A (zh) * 2013-10-11 2014-02-12 中南大学 一种锌基三元层状复合氧化物用作锌镍电池电极材料的用途
CN106784658A (zh) * 2016-12-01 2017-05-31 中南大学 一种锂离子电池用金属氧化物/碳负极材料的形貌调控方法
CN107004853A (zh) * 2014-12-18 2017-08-01 宝马股份公司 复合阴极和包括复合阴极的锂离子电池组以及复合阴极的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102181828A (zh) * 2011-04-14 2011-09-14 电子科技大学 ZnFe2O4铁氧体薄膜制备方法
CN103094558A (zh) * 2012-12-18 2013-05-08 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 一种铁酸锌基纳米复合材料、制备方法及其用途
CN103579588A (zh) * 2013-10-11 2014-02-12 中南大学 一种锌基三元层状复合氧化物用作锌镍电池电极材料的用途
CN107004853A (zh) * 2014-12-18 2017-08-01 宝马股份公司 复合阴极和包括复合阴极的锂离子电池组以及复合阴极的制备方法
CN106784658A (zh) * 2016-12-01 2017-05-31 中南大学 一种锂离子电池用金属氧化物/碳负极材料的形貌调控方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Comparison of reduction behavior of Fe2O3, ZnO and ZnFe2O4 by TPR technique;Meisheng Liang等;《Journal of Natural Gas Chemistry》;20091231;第110-113页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108281626A (zh) 2018-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108269980B (zh) 一种制备高性能三氧化二铁/铁酸锌复合电极材料的方法
CN103579605A (zh) 钠离子二次电池及其用的活性物质、正负极及活性物质的制备方法
CN103456936A (zh) 钠离子二次电池及其用的层状钛酸盐活性物质、电极材料、正负极和活性物质的制备方法
CN107681147B (zh) 一种固态电解质包覆改性锂离子电池正极材料的制备方法与应用
CN101752562B (zh) 一种复合掺杂改性锂离子电池正极材料及其制备方法
CN112885985B (zh) 一种正极极片及其制备方法、电化学储能装置及电化学储能装置的预金属化方法
KR20140119621A (ko) 리튬 과량 양극활물질 제조용 전구체 및 이에 의하여 제조된 리튬 과량 양극활물질
CN107946564B (zh) 富钠锰基Na4Mn2O5/Na0.7MnO2复合材料及其制备方法和应用
WO2015001631A1 (ja) リチウムイオン二次電池用正極活物質、リチウムイオン二次電池用正極、リチウムイオン二次電池及びこれらの製造方法
CN110492097A (zh) 一种ncm三元复合正极材料及其制备和应用
CN108281636B (zh) 一种二氧化钛包覆三氧化二铁复合材料的制备方法及其应用
JP2015220220A (ja) 非水電解質二次電池用正極活物質粒子粉末及びその製造方法、並びに非水電解質二次電池
CN108281647B (zh) 一种制备具有微/纳分级二维片状形貌的高性能锂离子电池用氧化铁负极材料的方法
CN104577090A (zh) 一种碳及氧化物复合改性钛酸锂材料的制备方法
CN103296266B (zh) 掺杂Cu的钛酸锌锂负极材料及其制备方法
CN105185969B (zh) 一种正极材料及其制备方法
CN109309228B (zh) 正极活性材料、制备方法、正极和高比能量动力电池
JP2017043496A (ja) リチウム遷移金属複合酸化物及びその製造方法
CN115799761A (zh) 二次离子电池容量补偿功能性隔膜、制备方法和应用及电池
CN109742341B (zh) 葡萄糖辅助制备高储锂性能Fe掺杂二维多孔NiO电极材料的方法
CN108281626B (zh) 一种锂离子电池用高性能氧化锌/三氧化二铁/铁酸锌三元复合负极材料的制备方法
KR20190024308A (ko) 리튬이차전지용 양극활물질 및 그 제조방법
CN113659117A (zh) 一种碳掺杂三明治结构锂离子电池负极材料的制备方法
CN109065879B (zh) 一种钠离子电池负极材料及其制备方法
KR102353564B1 (ko) 니켈 복합 산화물 및 리튬 니켈 복합 산화물 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230621

Address after: No. 1, Yutai Village, Tangzhuang Town, Dengfeng City, Zhengzhou City, Henan Province 450000

Patentee after: Zhengzhou Songbo New Material Technology Co.,Ltd.

Address before: 541004 the Guangxi Zhuang Autonomous Region Guilin City Seven Star District Building Road No. 12

Patentee before: GUILIN University OF TECHNOLOGY