CN110176584B - 一种锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110176584B
CN110176584B CN201910398863.1A CN201910398863A CN110176584B CN 110176584 B CN110176584 B CN 110176584B CN 201910398863 A CN201910398863 A CN 201910398863A CN 110176584 B CN110176584 B CN 110176584B
Authority
CN
China
Prior art keywords
licrtio
lithium ion
electrode material
ion battery
titanate composite
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
CN201910398863.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110176584A (zh
Inventor
韩明凯
姚汪兵
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.)
Nanjing Guoxuan Battery Co Ltd
Original Assignee
Nanjing Guoxuan Battery Co Ltd
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 Nanjing Guoxuan Battery Co Ltd filed Critical Nanjing Guoxuan Battery Co Ltd
Priority to CN201910398863.1A priority Critical patent/CN110176584B/zh
Publication of CN110176584A publication Critical patent/CN110176584A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110176584B publication Critical patent/CN110176584B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027Negative electrodes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法,包括如下步骤:将钛源、铬源溶解于乙醇水溶液中,搅拌的条件下加入柠檬酸,然后加入含有锂源的乙醇水溶液,水浴加热至凝胶状,烘干,研磨,放于马弗炉中预烧,冷却至室温,得到LiCrTiO4‑aCr2O3前驱体;将LiCrTiO4‑aCr2O3前驱体、FePO4溶解于无水乙醇中,搅拌均匀,干燥,冷却至室温,置于球磨机中球磨,过筛,放于马弗炉中煅烧,冷却至室温,得到LiCrTiO4‑aCr2O3‑FePO4电极材料,然后分散到丙酮溶液中,加入CNT,搅拌,使液体完全挥发,得到锂离子电池用钛酸盐复合负极材料。本发明原料来源广泛,操作简便、可控性好、重现性高,所得到的材料颗粒较小、粒径分布均匀、结晶度高,从而在降低材料制备成本的同时,提高了材料的电化学性能。

Description

一种锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及钛酸盐复合负极材料技术领域,尤其涉及一种锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法。
背景技术
目前商用锂离子电池的负极材料绝大多数是碳系材料,其嵌锂化学势非常接近于金属锂的化学势,有利于提高锂离子电池的工作电压和能量密度。然而碳材料的高倍率充放电性能较差,且面临着严重的安全问题。虽然锂离子电池的保护电路已经比较成熟,但对于动力电池而言,要真正保证安全,电极材料的选择十分关键。目前发展中的HEV、EV等环境负荷较低的新一代汽车要求高功率和高安全性的动力型锂离子电池,碳系材料显然不能满足这样的需求。碳电极的电位与金属锂的电位很接近;当电池过充电时,碳电极表面易析出金属锂,会形成枝晶而引起短路,温度过高时易引起热失控等。另外,碳材料与电解液兼容性也存在较大问题,导致容量衰减。相比石墨,高的结构稳定性和安全性使Li4Ti5O12成为极有应用潜力的负极材料,但该材料的电导率低、倍率性能差,限制了它在动力电池领域的应用。此外,锂金属的价格日益增加,因此开发新型的Ti基贫锂负极材料尤为重要。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法,本发明原料来源广泛,操作简便、可控性好、重现性高,所得到的材料颗粒较小、粒径分布均匀、结晶度高,从而在降低材料制备成本的同时,提高了材料的电化学性能。
本发明提出的一种锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法,包括如下步骤:
S1、将钛源、铬源溶解于乙醇水溶液中,搅拌的条件下加入柠檬酸,然后加入含有锂源的乙醇水溶液,水浴加热至凝胶状,烘干,研磨,放于马弗炉中预烧,预烧温度500-700℃,冷却至室温,得到LiCrTiO4-aCr2O3前驱体;
S2、将LiCrTiO4-aCr2O3前驱体、FePO4溶解于无水乙醇中,搅拌均匀,干燥,冷却至室温,置于球磨机中球磨,过筛,放于马弗炉中煅烧,煅烧温度为800-1000℃,冷却至室温,得到LiCrTiO4-aCr2O3-FePO4电极材料;
S3、将LiCrTiO4-aCr2O3-FePO4电极材料分散到丙酮溶液中,加入CNT,搅拌并加热,使液体完全挥发,得到锂离子电池用钛酸盐复合负极材料,即LiCrTiO4-aCr2O3-FePO4@CNT电极材料。
优选地,在S1中在LiCrTiO4-aCr2O3前驱体中,其中0.03≤a≤0.1。
优选地,在S1中,所述锂源、铬源、柠檬酸及钛源的摩尔比为1.25:1.06-1.2:3:1。
优选地,在S1中,所述锂源为醋酸锂、硝酸锂中的一种。
优选地,在S1中,所述铬源为硝酸铬。
优选地,在S1中,所述钛源为钛酸四丁酯。
优选地,在S2中,LiCrTiO4-aCr2O3前驱体、FePO4的重量比为50:1-3。
优选地,在S3中,所述碳纳米管为普通多壁碳纳米管,其直径为30-50μm,堆密度为0.1-0.2g·cm-3
优选地,在S3中,LiCrTiO4-aCr2O3-FePO4电极材料、CNT的重量比为50:1-5。
本发明针对现有技术存在的问题,提供一种锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法,本发明原料来源广泛,操作简便、可控性好、重现性高,所得到的材料颗粒较小、粒径分布均匀、结晶度高,从而在降低材料制备成本的同时,提高了材料的电化学性能。
本发明对Li4Ti5O12进行阳离子掺杂改性,当3个Cr3+替换一个Li+和2个Ti4+后生产另一种化学计量的尖晶石材料Li3Cr3Ti3O12(LiCrTiO4)。LiCrTiO4负极材料同样具有尖晶石结构,具有稳定的充放电平台(约1.6V),理论容量为157mAh·g-1,电化学性能优异,对于提高锂离子电池的导电性能有重要作用,本发明所制备的锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的化学式为:LiCrTiO4-aCr2O3-FePO4@CNT,其中0.03≤a≤0.1,该负极材料具有亚微米级的粒径,较好的电化学性能,可用于高性能锂离子电池负极材料。
本发明的特点是:
(1)本发明利用该方法合成的材料颗粒均匀一致、分散性好、结晶度高,保持了电极结构的稳定和高导电性。
(2)本发明中所得到的材料具有可观的可逆容量、优异的倍率性能和稳定的循环寿命,使得该材料具有很高的实际使用价值,可以有效的满足锂离子电池各种应用的实际要求。
(3)本发明中所得到的离子电池负极材料具有较高的理论容量和快速的充放电性能,提高了锂离子电池的能量密度和功率密度。
(4)本发明降低了锂元素的使用量,从而降低了成本。
附图说明:
图1为本发明实施例1中所得锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的XRD图。
图2为本发明实施例1中所得锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的SEM图。
图3为本发明实施例1中所得锂离子电池用钛酸盐复合负极材料在不同倍率下的充放电曲线。
图4为本发明实施例1中所得锂离子电池用钛酸盐复合负极材料在0.5C倍率下的首次充放电曲线。
图5为本发明实施例1中所得锂离子电池用钛酸盐复合负极材料在5C倍率下的循环曲线。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法,包括如下步骤:
S1、将12mmol钛酸四丁酯(C16H36O4Ti)、13.2mmol硝酸铬(Cr(NO3)3·9H2O)溶解于乙醇水溶液,在搅拌的条件下加入含有36mmol柠檬酸(C6H8O7·H2O)的水溶液、15mmol硝酸锂(LiNO3)的乙醇水溶液,在温度70℃水浴加热至凝胶状,送入80℃烘箱烘干,研磨后放于马弗炉中,在温度600℃预烧6h,冷却至室温,得到LiCrTiO4-0.05Cr2O3前驱体;
S2、将1000mg所得的LiCrTiO4-0.05Cr2O3前驱体、40mgFePO4溶解于无水乙醇,搅拌均匀,在温度60℃蒸干,送入80℃烘箱烘干,冷却至室温,置于球磨机中球磨4h,过筛,放于马弗炉中,在温度900℃煅烧12h,冷却至室温,得到LiCrTiO4-0.05Cr2O3-FePO4电极材料;
S3、将500mg合成的LiCrTiO4-0.05Cr2O3-FePO4电极材料分散到丙酮溶液中,加入30mg碳纳米管(CNT),高速搅拌1h,升温至温度80℃至溶液完全挥发,得到锂离子电池用钛酸盐复合负极材料,即LiCrTiO4-0.05Cr2O3-FePO4@CNT电极材料。
所得产物用X射线粉末衍射谱分析表明具有与LiCrTiO4相同的尖晶石结构,其中存在Cr2O3的(012)、(104)、(110)、(113)、(024)、(116)、(300)特征晶面,FePO4的(100)、(102)、(104)特征晶面,见图1。
从扫描电子显微镜分析得知产物为直径200-300nm的块状颗粒,见图2。
将所得的产物作为电极材料,在充满氩气的手套箱中组装成实验扣式锂离子电池,以0.5C、1C、3C、5C、0.5C的倍率在1-2.5V间进行充放电循环,块状LiCrTiO4-0.05Cr2O3-FePO4@CNT电极材料首次充电容量分别为160.7、128.9、120.7、116.4、129.4mAh·g-1,见图3。
恢复至0.5C倍率充放电20次后容量为126.8mAh·g-1,见图3、图4。
在5C倍率下进行循环测试,首次放电容量为128.5mAh·g-1,见图5,100次循环后容量为93.9mAh·g-1,见图5,显示了优异的电化学性能和快速充放电性能。
实施例2
一种锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法,包括如下步骤:
S1、将12mmol钛酸四丁酯(C16H36O4Ti)、12.72mmol硝酸铬(Cr(NO3)3·9H2O)溶解于乙醇水溶液中,在搅拌的条件下加入含有36mmol柠檬酸(C6H8O7·H2O)的水溶液、15mmol硝酸锂(LiNO3)的乙醇水溶液,在温度70℃的水浴加热至凝胶状,送入80℃烘箱烘干,研磨后放于马弗炉中,在温度600℃预烧6h,冷却至室温,得到LiCrTiO4-0.03Cr2O3前驱体;
S2、将1000mg所得的LiCrTiO4-0.03Cr2O3前驱体、40mgFePO4溶解于无水乙醇,搅拌均匀,在温度60℃蒸干,送入80℃烘箱烘干,冷却至室温,置于球磨机中球磨4h,过筛,放于马弗炉中,在温度900℃煅烧12h,冷却至室温,得到LiCrTiO4-0.03Cr2O3-FePO4电极材料;
S3、取500mg合成的LiCrTiO4-0.03Cr2O3-FePO4电极材料分散到丙酮溶液中,加入30mg碳纳米管(CNT),高速搅拌1h,升温至80℃至溶液完全挥发,得到锂离子电池用钛酸盐复合负极材料,即LiCrTiO4-0.05Cr2O3-FePO4@CNT电极材料。
所得产物用X射线粉末衍射谱分析表明具有与LiCrTiO4相同的尖晶石结构,其中存在Cr2O3的(012)、(104)、(110)、(113)、(024)、(116)、(300)特征晶面,FePO4的(100)、(102)、(104)特征晶面。从扫描电子显微镜分析得知产物为直径200-300nm的块状颗粒。将所得的产物作为电极材料,在充满氩气的手套箱中组装成实验扣式锂离子电池,以0.5C、1C、3C、5C、0.5C的倍率在1-2.5V间进行充放电循环,块状LiCrTiO4-0.03Cr2O3-FePO4@CNT电极材料首次充电容量分别为159.6、127.5、118.8、114.9、128.1mAh·g-1,恢复至0.5C倍率充放电20次后容量为125.2mAh·g-1。在5C倍率下进行循环测试,首次放电容量为127.3mAh·g-1,100次循环后容量为90.1mAh·g-1,显示了优异的电化学性能和快速充放电性能。
实施例3
一种锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法,包括如下步骤:
S1、将12mmol钛酸四丁酯(C16H36O4Ti)、13.92mmol硝酸铬(Cr(NO3)3·9H2O)溶解于乙醇水溶液中,在搅拌的条件下加入含有36mmol柠檬酸(C6H8O7·H2O)的水溶液、15mmol硝酸锂(LiNO3)的乙醇水溶液,在温度70℃水浴加热至凝胶状,送入80℃烘箱烘干,研磨后放于马弗炉中,在温度600℃预烧6h,冷却至室温,得到LiCrTiO4-0.08Cr2O3前驱体;
S2、将1000mg所得的LiCrTiO4-0.08Cr2O3前驱体、40mgFePO4溶解于无水乙醇,搅拌均匀,在温度60℃蒸干,送入80℃烘箱中烘干,冷却至室温,置于球磨机中球磨4h,过筛,放于马弗炉中,在温度900℃煅烧12h,冷却至室温,得到LiCrTiO4-0.08Cr2O3-FePO4电极材料;
S3、将500mg合成的LiCrTiO4-0.08Cr2O3-FePO4电极材料分散到丙酮溶液中,加入30mg碳纳米管(CNT),高速搅拌1h,升温至80℃至溶液完全挥发,得到锂离子电池用钛酸盐复合负极材料,即LiCrTiO4-0.05Cr2O3-FePO4@CNT电极材料。
所得产物用X射线粉末衍射谱分析表明具有与LiCrTiO4相同的尖晶石结构,其中存在Cr2O3的(012)、(104)、(110)、(113)、(024)、(116)、(300)特征晶面,FePO4的(100)、(102)、(104)特征晶面。从扫描电子显微镜分析得知产物为直径200-300nm的块状颗粒。将所得的产物作为电极材料,在充满氩气的手套箱中组装成实验扣式锂离子电池,以0.5C、1C、3C、5C、0.5C的倍率在1-2.5V间进行充放电循环,块状LiCrTiO4-0.08Cr2O3-FePO4@CNT电极材料首次充电容量分别为159.3、127.6、117.2、114.3、127.6mAh·g-1,恢复至0.5C倍率充放电20次后容量为124.7mAh·g-1。在5C倍率下进行循环测试,首次放电容量为126.2mAh·g-1,100次循环后容量为90.8mAh·g-1,显示了优异的电化学性能和快速充放电性能。
实施例4
一种锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法,包括如下步骤:
S1、将12mmol钛酸四丁酯(C16H36O4Ti)、13.92mmol硝酸铬(Cr(NO3)3·9H2O)溶解于乙醇水溶液中,在搅拌的条件下加入含有36mmol柠檬酸(C6H8O7·H2O)的水溶液、15mmol醋酸锂(C2H3O2Li·2H2O)的乙醇水溶液,在温度70℃水浴加热至凝胶状,送入80℃烘箱中烘干,研磨后放于马弗炉中,在温度600℃预烧6h,冷却至室温,得到LiCrTiO4-0.08Cr2O3前驱体;
S2、将1000mg所得的LiCrTiO4-0.08Cr2O3前驱体、40mgFePO4溶解于无水乙醇,搅拌均匀,在温度60℃蒸干,送入80℃烘箱中烘干,冷却至室温,置于球磨机中球磨4h,过筛,放于马弗炉中,在温度900℃煅烧12h,冷却至室温,得到LiCrTiO4-0.08Cr2O3-FePO4电极材料;
S3、将500mg合成的LiCrTiO4-0.08Cr2O3-FePO4电极材料分散到丙酮溶液中,加入30mg碳纳米管(CNT),高速搅拌1h,升温至80℃至溶液完全挥发,得到锂离子电池用钛酸盐复合负极材料,即LiCrTiO4-0.05Cr2O3-FePO4@CNT电极材料。
所得产物用X射线粉末衍射谱分析表明具有与LiCrTiO4相同的尖晶石结构,其中存在Cr2O3的(012)、(104)、(110)、(113)、(024)、(116)、(300)特征晶面,FePO4的(100)、(102)、(104)特征晶面。从扫描电子显微镜分析得知产物为直径200-300nm的块状颗粒。将所得的产物作为电极材料,在充满氩气的手套箱中组装成实验扣式锂离子电池,以0.5C、1C、3C、5C、0.5C的倍率在1-2.5V间进行充放电循环,块状LiCrTiO4-0.08Cr2O3-FePO4@CNT电极材料首次充电容量分别为155.3、123.2、114.1、110.6、123.7mAh·g-1,恢复至0.5C倍率充放电20次后容量为120.8mAh·g-1。在5C倍率下进行循环测试,首次放电容量为122.9mAh·g-1,100次循环后容量为90.6mAh·g-1,显示了优异的电化学性能和快速充放电性能。
实施例5
一种锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法,包括如下步骤:
S1、将12mmol钛酸四丁酯(C16H36O4Ti)、14.4mmol硝酸铬(Cr(NO3)3·9H2O)溶解于无水乙醇的水溶液,在搅拌的条件下加入含有36mmol柠檬酸(C6H8O7·H2O)的水溶液、15mmol醋酸锂(C2H3O2Li·2H2O)的乙醇水溶液,在温度70℃水浴加热至凝胶状,送入80℃烘箱烘干,研磨后放于马弗炉中,在温度600℃预烧6h,冷却至室温,得到LiCrTiO4-0.1Cr2O3前驱体;
S2、将1000mg所得的LiCrTiO4-0.1Cr2O3前驱体、40mgFePO4溶解于无水乙醇,搅拌均匀,在温度60℃蒸干,送入80℃烘箱中烘干,冷却至室温,置于球磨机中球磨4h,过筛,放于马弗炉中,在温度900℃煅烧12h,冷却至室温,得到LiCrTiO4-0.1Cr2O3-FePO4电极材料;
S3、将500mg合成的LiCrTiO4-0.1Cr2O3-FePO4电极材料分散到丙酮溶液中,加入30mg碳纳米管(CNT),高速搅拌1h,升温至80℃至溶液完全挥发,得到锂离子电池用钛酸盐复合负极材料,即LiCrTiO4-0.05Cr2O3-FePO4@CNT电极材料。
所得产物用X射线粉末衍射谱分析表明具有与LiCrTiO4相同的尖晶石结构,其中存在Cr2O3的(012)、(104)、(110)、(113)、(024)、(116)、(300)特征晶面,FePO4的(100)、(102)、(104)特征晶面。从扫描电子显微镜分析得知产物为直径200-300nm的块状颗粒。将所得的产物作为电极材料,在充满氩气的手套箱中组装成实验扣式锂离子电池,以0.5C、1C、3C、5C、0.5C的倍率在1-2.5V间进行充放电循环,块状LiCrTiO4-0.1Cr2O3-FePO4@CNT电极材料首次充电容量分别为153.6、121.4、111.9、128.6、121.3mAh·g-1,恢复至0.5C倍率充放电20次后容量为118.6mAh·g-1。在5C倍率下进行循环测试,首次放电容量为121.4mAh·g-1,100次循环后容量为89.2mAh·g-1,显示了优异的电化学性能和快速充放电性能。
实施例6
一种锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法,包括如下步骤:
S1、将12mmol钛酸四丁酯(C16H36O4Ti)、13.2mmol硝酸铬(Cr(NO3)3·9H2O)溶解于无水乙醇的水溶液,在搅拌的条件下加入含有36mmol柠檬酸(C6H8O7·H2O)的水溶液、15mmol硝酸锂(LiNO3)的乙醇水溶液,在温度70℃水浴加热至凝胶状,送入80℃烘箱烘干,研磨后放于马弗炉中,在温度600℃预烧6h,冷却至室温,得到LiCrTiO4-0.05Cr2O3前驱体;
S2、将1000mg所得的LiCrTiO4-0.05Cr2O3前驱体、40mgFePO4溶解于无水乙醇,搅拌均匀,在温度60℃蒸干,送入80℃烘箱烘干,冷却至室温,置于球磨机中球磨4h,过筛,放于马弗炉中,在温度900℃煅烧12h,冷却至室温,得到LiCrTiO4-0.05Cr2O3-FePO4电极材料;
S3、将500mg合成的LiCrTiO4-0.05Cr2O3-FePO4电极材料分散到丙酮溶液中,加入10mg碳纳米管(CNT),高速搅拌1h,升温至80℃至溶液完全挥发,得到锂离子电池用钛酸盐复合负极材料,即LiCrTiO4-0.05Cr2O3-FePO4@CNT电极材料。
所得产物用X射线粉末衍射谱分析表明具有与LiCrTiO4相同的尖晶石结构,其中存在Cr2O3的(012)、(104)、(110)、(113)、(024)、(116)、(300)特征晶面,FePO4的(100)、(102)、(104)特征晶面。从扫描电子显微镜分析得知产物为直径200-300nm的块状颗粒。将所得的产物作为电极材料,在充满氩气的手套箱中组装成实验扣式锂离子电池,以0.5C、1C、3C、5C、0.5C的倍率在1-2.5V间进行充放电循环,块状LiCrTiO4-0.05Cr2O3-FePO4@CNT电极材料首次充电容量分别为157.3、126.5、118.9、114.3、126.9mAh·g-1,恢复至0.5C倍率充放电20次后容量为124.3mAh·g-1。在5C倍率下进行循环测试,首次放电容量为125.2mAh·g-1,100次循环后容量为90.6mAh·g-1,显示了优异的电化学性能和快速充放电性能。
实施例7
一种锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法,包括如下步骤:
S1、将12mmol钛酸四丁酯(C16H36O4Ti)、13.2mmol硝酸铬(Cr(NO3)3·9H2O)溶解于乙醇水溶液中,在搅拌的条件下加入含有36mmol柠檬酸(C6H8O7·H2O)的水溶液、15mmol硝酸锂(LiNO3)的乙醇水溶液,在温度70℃水浴加热至凝胶状,在80℃烘箱烘干,研磨后放于马弗炉中,在温度600℃预烧6h,冷却至室温,得到LiCrTiO4-0.05Cr2O3前驱体;
S2、将1000mg所得的LiCrTiO4-0.05Cr2O3前驱体、40mgFePO4溶解于无水乙醇,搅拌均匀,在温度60℃蒸干,送入80℃烘箱烘干,冷却至室温,置于球磨机中球磨4h,过筛,放于马弗炉中,在温度900℃煅烧12h,冷却至室温,得到LiCrTiO4-0.05Cr2O3-FePO4电极材料;
S3、取500mg合成的LiCrTiO4-0.05Cr2O3-FePO4电极材料分散到丙酮溶液中,加入50mg碳纳米管(CNT),高速搅拌1h,升温至80℃至溶液完全挥发,得到锂离子电池用钛酸盐复合负极材料,即LiCrTiO4-0.05Cr2O3-FePO4@CNT电极材料。
所得产物用X射线粉末衍射谱分析表明具有与LiCrTiO4相同的尖晶石结构,其中存在Cr2O3的(012)、(104)、(110)、(113)、(024)、(116)、(300)特征晶面,FePO4的(100)、(102)、(104)特征晶面。从扫描电子显微镜分析得知产物为直径200-300nm的块状颗粒。将所得的产物作为电极材料,在充满氩气的手套箱中组装成实验扣式锂离子电池,以0.5C、1C、3C、5C、0.5C的倍率在1-2.5V间进行充放电循环,块状LiCrTiO4-0.05Cr2O3-FePO4@CNT电极材料首次充电容量分别为153.8、122.4、114.3、109.9、122.3mAh·g-1,恢复至0.5C倍率充放电20次后容量为121.5mAh·g-1。在5C倍率下进行循环测试,首次放电容量为119.7mAh·g-1,100次循环后容量为93.4mAh·g-1,显示了优异的电化学性能和快速充放电性能。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、将钛源、铬源溶解于乙醇水溶液中,搅拌的条件下加入柠檬酸,然后加入含有锂源的乙醇水溶液,加热至凝胶状,烘干,研磨,放于马弗炉中预烧,预烧温度500-700℃,冷却至室温,得到LiCrTiO4-aCr2O3前驱体;所述锂源、铬源、柠檬酸及钛源的摩尔比为1.25:1.06-1.2:3:1;
S2、将LiCrTiO4-aCr2O3前驱体、FePO4溶解于无水乙醇中,搅拌,干燥,冷却,置于球磨机中球磨,过筛,放于马弗炉中煅烧,煅烧温度为800-1000℃,冷却至室温,得到LiCrTiO4-aCr2O3-FePO4电极材料;
S3、将LiCrTiO4-aCr2O3-FePO4电极材料分散到丙酮溶液中,加入CNT,搅拌并加热,使液体完全挥发,得到锂离子电池用钛酸盐复合负极材料。
2.如权利要求1所述的锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法,其特征在于,在LiCrTiO4-aCr2O3前驱体中,其中0.03≤a≤0.1。
3.如权利要求1所述的锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法,其特征在于,在S1中,所述锂源为醋酸锂、硝酸锂中的一种。
4.如权利要求1所述的锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法,其特征在于,在S1中,所述铬源为硝酸铬。
5.如权利要求1所述的锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法,其特征在于,在S1中,所述钛源为钛酸四丁酯。
6.如权利要求1所述的锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法,其特征在于,在S2中,LiCrTiO4-aCr2O3前驱体、FePO4的重量比为50:1-3。
7.如权利要求1所述的锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法,其特征在于,在S3中,所述碳纳米管为普通多壁碳纳米管,其直径为30-50μm,堆密度为0.1-0.2g·cm-3
8.如权利要求1所述的锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法,其特征在于,在S3中,LiCrTiO4-aCr2O3-FePO4电极材料、CNT的重量比为50:1-5。
CN201910398863.1A 2019-05-14 2019-05-14 一种锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法 Active CN110176584B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910398863.1A CN110176584B (zh) 2019-05-14 2019-05-14 一种锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910398863.1A CN110176584B (zh) 2019-05-14 2019-05-14 一种锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110176584A CN110176584A (zh) 2019-08-27
CN110176584B true CN110176584B (zh) 2022-09-06

Family

ID=67691000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910398863.1A Active CN110176584B (zh) 2019-05-14 2019-05-14 一种锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110176584B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112408480B (zh) * 2020-11-30 2022-01-18 海南大学 一种具有电化学振荡效应LiCrTiO4的制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101593830A (zh) * 2009-07-03 2009-12-02 郑州大学 锂离子电池负极材料尖晶石钛酸锂的制备方法
CN105552356A (zh) * 2015-12-28 2016-05-04 安徽工业大学 一种宽电位窗口的锂离子电池负极材料的制备方法
CN105932272A (zh) * 2016-05-23 2016-09-07 渤海大学 一种钛酸铬锂纳米材料的制备方法
CN106531991A (zh) * 2016-11-08 2017-03-22 华中科技大学 一种提高电极材料耐温性的制备方法
CN107732207A (zh) * 2017-10-18 2018-02-23 安徽工业大学 一种铬钛基锂离子电池多级结构负极材料的制备方法
CN107742710A (zh) * 2017-10-18 2018-02-27 安徽工业大学 一种铬基锂离子电池复合负极材料的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101593830A (zh) * 2009-07-03 2009-12-02 郑州大学 锂离子电池负极材料尖晶石钛酸锂的制备方法
CN105552356A (zh) * 2015-12-28 2016-05-04 安徽工业大学 一种宽电位窗口的锂离子电池负极材料的制备方法
CN105932272A (zh) * 2016-05-23 2016-09-07 渤海大学 一种钛酸铬锂纳米材料的制备方法
CN106531991A (zh) * 2016-11-08 2017-03-22 华中科技大学 一种提高电极材料耐温性的制备方法
CN107732207A (zh) * 2017-10-18 2018-02-23 安徽工业大学 一种铬钛基锂离子电池多级结构负极材料的制备方法
CN107742710A (zh) * 2017-10-18 2018-02-27 安徽工业大学 一种铬基锂离子电池复合负极材料的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110176584A (zh) 2019-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107665983B (zh) 锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池
CN106058222B (zh) 一种聚合物碳化原位包覆三氟化铁复合正极材料及其制备方法
CN103972497B (zh) 锂离子电池Co2SnO4/C纳米复合负极材料及其制备与应用
CN102569797A (zh) 一种新型磷酸盐基正极复合材料及其制备方法和用途
CN106450295B (zh) 一种钠离子电池正极材料Na3Fe2(PO4)3及其制备方法
CN105633374A (zh) 一种硅-碳-石墨复合负极材料的制备方法
CN101734640A (zh) 一种锂离子电池正极材料磷酸钒锂的制备方法
CN109768260B (zh) 一种磷化二钴/碳复合材料及其制备方法和用途
CN110534712A (zh) 一种黑磷-二氧化钛-碳复合负极材料及制备方法与应用
CN102760876A (zh) 铌酸盐及其复合材料与其在二次锂电池中的应用
CN105226267B (zh) 三维碳纳米管修饰尖晶石镍锰酸锂材料及其制备方法和应用
CN111162256A (zh) 一种混合聚阴离子型钠离子电池正极材料及其制备
CN113562714A (zh) 一种高压实密度磷酸铁锂及其制备方法
CN114665058A (zh) 一种锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂的制备方法
CN112736233B (zh) 一种锂离子电池电极活性物质、制备方法及其电极和电池
CN104979541A (zh) 一种钛酸锂复合材料及其制备方法
CN108899499B (zh) 基于Sb/Sn磷酸盐的负极材料及其制备方法与在钠离子电池中的应用
Li et al. Fabrication of one-dimensional architecture Bi5Nb3O15 nanowires by electrospinning for lithium-ion batteries with enhanced electrochemical performance
Zhang et al. Co-precipitation assisted hydrothermal method to synthesize Li0. 9Na0. 1Mn0. 9Ni0. 1PO4/C nanocomposite as cathode for lithium ion battery
Lu et al. CoCO3 micrometer particles stabilized by carbon nanofibers networks as composite electrode for enhanced rate and cyclic performance of lithium-ion batteries
Li et al. Carbon-coated Bi5Nb3O15 as anode material in rechargeable batteries for enhanced lithium storage
CN106207144B (zh) 一种硅纳米线、其制备方法及用于制备碳包覆硅纳米线负极材料的用途
CN105810901A (zh) 一种Ti3+/Ti4+混合价态的掺杂铁元素的锂离子电池钛酸锂负极材料及其制备方法
CN110176584B (zh) 一种锂离子电池用钛酸盐复合负极材料的制备方法
CN111063871B (zh) 一种钠离子全电池及其制备方法

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