CN108574097A - 一种锂离子电池负极材料及其制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池负极材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池负极材料及其制备方法，所述锂离子电池负极材料具有三氧化二钒包覆二氧化钼的壳核结构，在核壳结构的外表面有花瓣状的翅片结构向外伸出。本发明相比现有技术具有以下优点：核壳结构的三氧化二钒包覆二氧化钼作为锂离子电池负极材料，所测得电池具有较好的循环稳定性以及高的循环比容量，电池性能优异；且产物制备方法简单，所用原料廉价易得，有利于商业化应用。

Description

一种锂离子电池负极材料及其制备方法
技术领域
本发明设计锂离子电池制造技术领域，尤其涉及的是一种锂离子电池负极材料及其制备方法。
背景技术
发展高效稳定的二次电池储能技术是应对当前日益紧迫的能源与环境问题的重要手段。快速发展的高端消费电子产品(如智能手机、可穿戴设备，电动汽车等)亟需具有高比能量的二次电池。三氧化二钒包覆二氧化钼锂离子电池是以氧化钼为负极活性物质的二次电池，能够在大电流的密度循环下依然保持较高的比容量和循环性能，因此可满足于当代人们对高能量密度电池的需求。但目前所用三氧化二钒，二氧化钼多为单个存在的纳米球状或纳米棒状，比表面积低，影响了电池性能的进一步提高，因此将两种氧化物通过水热反应，合成核壳结构的三氧化二钒包覆二氧化钼提高电池性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种锂离子电池负极材料及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种锂离子电池负极材料,其特征在于：所述锂离子电池负极材料具有三氧化二钒包覆二氧化钼的壳核结构。
作为对上述方案的进一步改进，在核壳结构的外表面有花瓣状的翅片结构向外伸出。
本发明还提供一种上述锂离子电池负极材料的制备方法，步骤如下：
步骤一、将钼酸铵和偏钒酸铵加入去离子水中，常温下搅拌均匀至淡黄色，获得钼酸铵和偏钒酸铵的混合前驱体溶液；
步骤二：将步骤一获得的钼酸铵和偏钒酸铵混合前驱体溶液与去离子水混合并搅拌均匀，后加入醋酸并搅拌10min，然后在加入硫脲，搅拌均匀后，在180-200℃下水热反应18-26h，所得产物经离心分离、洗涤、干燥，即获得所述锂离子电池负极材料。
作为对上述方案的进一步改进，在步骤一中，钼酸铵，偏钒酸铵和水的用量比为1mol：0.25-0.3mol：35-45ml。
作为对上述方案的进一步改进，步骤二中，前驱体溶液与醋酸和硫脲的用量比为1ml：0.2-1ml：0.010-0.025g。
作为对上述方案的进一步改进，步骤二中，所述离心分离的离心转速为1500-5000rpm，所述干燥的温度为30-90℃。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明设计合成核壳结构的三氧化二钒包覆二氧化钼的锂离子电池负极材料，由于外表面多片状的氧化钒增加了内部球的接触面积，有利于提高纳米材料与锂离子的接触，加快锂离子的传输；比表面积高，所得电池具有较好的循环稳定稳定性以及高的循环比容量，电池性能优异；其制备方法简单，所用原料廉价易得，有利于商业化应用。
附图说明
图1为实施例1所得锂离子电池负极材料的SEM照片；
图2为实施例1所得锂离子电池负极材料的TEM照片；
图3为实施例1所得锂离子电池负极材料的XRD照片；
图4为实施例1所得锂离子电池负极材料的EDS照片；
图5为实施例1所得锂离子电池负极材料的电池性能图；
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
本实施例按如下步骤制备核壳结构的三氧化二钒包覆二氧化钼：
1、将1.0g钼酸铵与0.3313g偏钒酸铵置于锥形瓶中，再加入40mL去离子水，室温下搅拌至淡黄色，然后获得偏钒酸铵和钼酸铵的混合前驱体溶液；
2、将上述前驱体溶液与去离子水按体积比为1:35混合并搅拌均匀，然后加入0.5ml醋酸搅拌10min，再加入0.01510g硫脲，继续搅拌15min。然后在180℃条件下水热反应24h；所得产物置于离心管中以3000rmp的速度离心分离，然后用水和乙醇各离心洗涤三次，再40℃烘干，即获得目标产物核壳结构的三氧化二钒包覆二氧化钼。醋酸的作用是对材料进行刻蚀，形成片状的外形；硫脲的作用是分解后与过多的酸根离子反应，形成硫化氢。
图1和图2分别为本实施例所得目标产物的SEM照片和TEM照片，从SEM图中可看出材料在微观下具有类似花瓣的形状，保证了材料具有较大的比表面积。从TEM图中可以看出材料具有核壳结构，且外壳的片相对较薄，有利于锂离子的传输，提高电池性能。
图3为本实施例所得目标产物的XRD图片，从图中可以看出特征峰基本符合二氧化钼和三氧化二钒的特征峰，证明材料为核壳结构的三氧化二钒包覆二氧化钼。
图4为本实施例所得目标产物的EDS能谱图，可以看出材料明显存在Mo，V，O，三种元素。
采用蓝电电池测试系统对本实施例所得目标产物的电池性能进行测试：
将本实施例所得三氧化二钒包覆二氧化钼纳米材料与乙炔黑、PVDF按照质量比为7:2:1混合均匀并溶于NMP溶液中制成浆液；将所得浆料均匀地涂于铜箔集流体上制成工作电极；以玻璃纤维膜为隔膜，电解液为含有EC、DMC和DEC的体积比3：4：3的1M LiPF6，在充满氩气的手套箱中按照“负极外壳、锂片、隔膜、电解液、工作电极、垫片、簧片、正极外壳”的顺序组装成2032纽扣电池，测试电压范围为0.01V-3V vs Li+/Li。
图5为本实施例所得目标产物的循环性能，其测试倍率为1C，可以看出样品首圈放电比容量为1056.7mAh g-1，而且首圈库伦效率为58.75％。相对较高的库伦效率可以提高锂离子的利用率。
实施例2
本实施例按如下步骤制备核壳结构的三氧化二钒包覆二氧化钼：
1、将1.0mol钼酸铵与0.3mol偏钒酸铵置于锥形瓶中，再加入45mL去离子水，室温下搅拌至淡黄色，然后获得偏钒酸铵和钼酸铵的混合前驱体溶液；
2、将上述前驱体溶液与去离子水按体积比为1:35混合并搅拌均匀，然后加入0.2mol醋酸搅拌10min，再加入0.01mol硫脲，继续搅拌15min。然后在180℃条件下水热反应24h；所得产物置于离心管中以5000rmp的速度离心分离，然后用水和乙醇各离心洗涤三次，再90℃烘干，即获得目标产物核壳结构的三氧化二钒包覆二氧化钼。醋酸的作用是对材料进行刻蚀，形成片状的外形；硫脲的作用是分解后与过多的酸根离子反应，形成硫化氢。
实施例3
本实施例按如下步骤制备核壳结构的三氧化二钒包覆二氧化钼：
1、将1.0mol钼酸铵与0.25mol偏钒酸铵置于锥形瓶中，再加入35mL去离子水，室温下搅拌至淡黄色，然后获得偏钒酸铵和钼酸铵的混合前驱体溶液；
2、将上述前驱体溶液与去离子水按体积比为1:35混合并搅拌均匀，然后加入1mol醋酸搅拌10min，再加入0.025mol硫脲，继续搅拌15min。然后在180℃条件下水热反应24h；所得产物置于离心管中以1500rmp的速度离心分离，然后用水和乙醇各离心洗涤三次，再30℃烘干，即获得目标产物核壳结构的三氧化二钒包覆二氧化钼。醋酸的作用是对材料进行刻蚀，形成片状的外形；硫脲的作用是分解后与过多的酸根离子反应，形成硫化氢。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种锂离子电池负极材料,其特征在于：所述锂离子电池负极材料具有三氧化二钒包覆二氧化钼的壳核结构。
2.如权利要求1所述一种锂离子电池负极材料，其特征在于：在核壳结构的外表面有花瓣状的翅片结构向外伸出。
3.一种权利要求2所述锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤一、将钼酸铵和偏钒酸铵加入去离子水中，常温下搅拌均匀至淡黄色，获得钼酸铵和偏钒酸铵的混合前驱体溶液；
步骤二：将步骤一获得的钼酸铵和偏钒酸铵混合前驱体溶液与去离子水混合并搅拌均匀，后加入醋酸并搅拌10min，然后在加入硫脲，搅拌均匀后，在180-200℃下水热反应18-26h，所得产物经离心分离、洗涤、干燥，即获得所述锂离子电池负极材料。
4.如权利要求3所述一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：在步骤一中，钼酸铵，偏钒酸铵和水的用量比为1mol：0.25-0.3mol：35-45ml。
5.如权利要求3所述一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤二中，前驱体溶液与醋酸和硫脲的用量比为1ml：0.2-1ml：0.010-0.025g。
6.如权利要求3所述一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述离心分离的离心转速为1500-5000rpm，所述干燥的温度为30-90℃。
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