CN111653764A - 纳米银复合氧化铌钛电极材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种纳米银复合氧化铌钛电极材料及其制备方法和应用,该制备方法以五氯化铌和钛酸异丙酯分别为铌源和钛源,通过溶剂热反应和脱水处理得到氧化铌钛复合材料,然后,向氧化铌钛复合材料中加入硝酸银,通过溶剂热反应和高温处理得到纳米银复合氧化铌钛电极材料。本发明的纳米银复合氧化铌钛电极材料中纳米银颗粒附着在氧化铌钛复合材料的表面,在氧化铌钛复合物之间很好地起到了桥梁作用,加快了电子在氧化铌钛之间的传导作用,从而减少了电子的传输时间,可以很好地提高嵌锂容量和倍率性能,将本发明制得的纳米银复合氧化铌钛电极材料用做锂离子电池的负极材料,其容量密度高达270mAh/g。

Description

纳米银复合氧化铌钛电极材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及电极材料技术领域,特别涉及一种纳米银复合氧化铌钛电极材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着温室效应导致全球气候变暖,致使海平面持续上升,全社会对环境的关注度越来越高。与此同时,社会经济的发展离不开能源的大量消耗,而传统的化石能源煤、石油、天然气等一方面是不可再生能源,大量使用之后越来越少;另一方面,化石能源的使用带来了严重的环境问题,导致人们迫切的需要开发可再生的、清洁的能源,用以满足经济,社会环境的可持续发展。锂离子电池由于具有比能量大、工作电压高、安全性高、环境污染小等优点,在各种便携式电子设备、电动汽车和新能源存储等领域有着广泛的应用前景。一般来说,负极材料作为离子电池储锂的主体,在充放电过程中实现锂离子的嵌入和脱出,是提高锂离子电池总比容量、循环性、充放电等相关性能的关键。目前商业化的负极材料主要是以石墨为主的传统碳材料,而石墨理论的比容量只有372mAh/g,这大大限制了锂离子电池总比能量的进一步提高。因此,发展新型具有高比容量的负极材料十分迫切的。
氧化物复合负极材料是混合动力汽车和纯动力汽车的能源供给最具优势的候选之一。主要优势表现在以下三个方面:(a)安全性:脱嵌锂电位高,大电流充放电时可避免锂析出过程产生枝晶而造成的微短路;(b)电压滑后现象:充放电电压压差小,电压带后效应不明显;(c)高度可逆性:1-3V,充放电过程中,脱嵌锂机制简单,高度可逆,循环性能好。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提出一种纳米银复合氧化铌钛电极材料的制备方法,以解决现有负极材料比容量较低的问题。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种纳米银复合氧化铌钛电极材料的制备方法,包括以下步骤:
1)将五氯化铌溶于无水乙醇中,然后,加入钛酸异丙酯,混合并进行溶剂热反应,待所述溶剂热反应结束后,在空气氛围下进行脱水处理,得到氧化铌钛复合材料;
2)将聚乙烯吡略烷溶于N,N-二甲基甲酰胺中,然后,加入所述氧化铌钛复合材料,超声分散后,再加入硝酸银,进行溶剂热反应,待所述溶剂热反应结束后,在情性氛围下进行真空煅烧,得到纳米银复合氧化铌钛电极材料。
可选地,所述纳米银复合氧化铌钛电极材料中纳米银的质量分数为1-10%。
可选地,所述步骤1)中所述溶剂热反应的反应温度为180-200℃,反应时间为20-24h。
可选地,所述步骤1)所述脱水处理的处理温度为700-850℃,时间为3-6h。
可选地,所述步骤2)中所述溶剂热反应的反应温度为160-180℃,反应时间为12h。
可选地,所述步骤2)中所述真空煅烧的煅烧温度为300-500℃,煅烧时间为3-5h。
本发明的第二目的在于提供一种纳米银复合氧化铌钛电极材料,该纳米银复合氧化铌钛电极材料由上述纳米银复合氧化铌钛电极材料的制备方法制得。
本发明的第三目的在于提供一种上述纳米银复合氧化铌钛电极材料在电池中的应用,该应用,包括以下步骤:
按照纳米银复合氧化铌钛电极材料∶导电炭黑∶聚偏氟乙烯=65∶25∶10的比例调浆,然后,将浆料涂布在集流体铜箔表面,并于80℃下真空干燥6h后,对辊,切片,再在真空手套箱中组装成电池。
相对于现有技术,本发明所述的纳米银复合氧化铌钛电极材料的制备方法具有以下优势:
1、本发明采用纳米银复合氧化铌钛材料的方法制备纳米银复合氧化铌钛电极材料,其中,纳米银颗粒附着在氧化铌钛复合材料的表面,在氧化铌钛复合物之间很好地起到了桥梁作用,加快了电子在氧化铌钛之间的传导作用,从而减少了电子的传输时间,可以很好地提高嵌锂容量和倍率性能,将本发明制得的纳米银复合氧化铌钛电极材料用做锂离子电池的负极材料,其容量密度高达270mAh/g,且在0.1-10C的充放电倍率下,其容量密度均高于没有复合纳米银材料的氧化钛复合材料。
2、本发明的制备方法工艺简单,容易操作,成本低,具有良好的应用前景,且为获得上述性能优良的电极材料提供了有效途径。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明实施例1-3的纳米银复合氧化铌钛电极材料的XRD相片;
图2为采用本发明实施例1-3的纳米银复合氧化铌钛电极材料制备的电池的倍率性能图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合附图和实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种纳米银复合氧化铌钛电极材料的制备方法,具体包括以下步骤:
1)将五氯化铌溶于60mL无水乙醇中,于400r/min下搅30min,使其充分溶解,然后,加入钛酸异丙酯,于400r/min下搅30min,使其充分混合后,将混合溶液转到100mL聚四氟乙烯反应釜中,在200℃下溶剂热反应24h,待溶剂热反应结束后,冷却至室温,抽滤,于60℃下干燥6h后,转至管式炉中于800℃下脱水3h,得到氧化铌钛复合材料(Ti2Nb10O29,记为TNO);
2)将聚乙烯吡略烷超声溶解于N,N-二甲基甲酰胺中,然后,加入氧化铌钛复合材料,超声分散30min后,再加入2wt%的硝酸银,即加入氧化铌钛复合材料质量的2wt%的硝酸银,超声溶解1h后,转入100mL聚四氯乙烯反应釜中于160℃下溶剂热反应1.5h,待溶剂热反应结束后,离心分离,分别用去离子水和无水乙醇洗涤三次、干燥,并在情性氛围下进行真空煅烧,以除去杂质,提高所得产物纯度,并避免银的氧化,其中,真空煅烧的煅烧温度为500℃,煅烧时间为4h,得到纳米银复合氧化铌钛电极材料(纳米Ag@Ti2Nb10O29电极材料,记为2wtA-T)。
将本实施例的纳米银复合氧化铌钛电极材料应用在电池制备中,该应用,包括以下步骤:
按照纳米银复合氧化铌钛电极材料∶导电炭黑∶聚偏氟乙烯=65∶25∶10的比例调浆,然后,将浆料涂布在集流体铜箔表面,并于80℃下真空干燥6h后,对辊,切片,再在真空手套箱中组装成电池。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于:本实施例中硝酸银的加入量为5wt%,即即加入步骤1)中氧化铌钛复合材料质量的5wt%的硝酸银,所得的纳米银复合氧化铌钛电极材料记为5wtA-T。其他制备过程与实施例1相同。
而且,当将本实施例的纳米银复合氧化铌钛电极材料应用在电池制备中时,其应用方法与实施例1相同。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于:本实施例中硝酸银的加入量为10wt%,即即加入步骤1)中氧化铌钛复合材料质量的10wt%的硝酸银,所得的纳米银复合氧化铌钛电极材料记为10wtA-T。其他制备过程与实施例1相同。
而且,当将本实施例的纳米银复合氧化铌钛电极材料应用在电池制备中时,其应用方法与实施例1相同。
对本发明实施例1~3的纳米银复合氧化铌钛电极材料进行XRD测试,并将其与氧化铌钛复合材料进行对比,其中,氧化铌钛复合材料的制备方法与实施例1中步骤1)相同。测试结果如图1所示。
由图1可知,本发明实施例1~3的纳米银复合氧化铌钛电极材料的衍射峰与标准图谱一一对应,表明本发明实施例1~3制备的纳米银复合氧化铌钛电极材料纯度很高,结晶度很好。
对采用本发明实施例1~3的纳米银复合氧化铌钛电极材料制备的电池的倍率性能进行测试,并将其与氧化铌钛复合材料进行对比,其中,氧化铌钛复合材料的制备方法与实施例1中步骤1)相同,且将氧化铌钛复合材料应用在电池制备时的应用方法与实施例1相同。测试结果如图2所示。
由图2可知,本发明实施例1~3的纳米银复合氧化铌钛电极材料用做锂离子电池的负极材料时,其容量密度高达270mAh/g,且在0.1-10C的充放电倍率下,其容量密度均高于没有复合纳米银材料的氧化钛复合材料。
以上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、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种纳米银复合氧化铌钛电极材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将五氯化铌溶于无水乙醇中,然后,加入钛酸异丙酯,混合并进行溶剂热反应,待所述溶剂热反应结束后,在空气氛围下进行脱水处理,得到氧化铌钛复合材料;
2)将聚乙烯吡咯烷溶于N,N-二甲基甲酰胺中,然后,加入所述氧化铌钛复合材料,超声分散后,再加入硝酸银,进行溶剂热反应,待所述溶剂热反应结束后,在情性氛围下进行真空煅烧,得到纳米银复合氧化铌钛电极材料。
2.根据权利要求1所述的纳米银复合氧化铌钛电极材料的制备方法,其特征在于,所述纳米银复合氧化铌钛电极材料中纳米银的质量分数为1-10%。
3.根据权利要求1所述的纳米银复合氧化铌钛电极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中所述溶剂热反应的反应温度为180-200℃,反应时间为20-24h。
4.根据权利要求1所述的纳米银复合氧化铌钛电极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤1)所述脱水处理的处理温度为700-850℃,时间为3-6h。
5.根据权利要求1所述的纳米银复合氧化铌钛电极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中所述溶剂热反应的反应温度为160-180℃,反应时间为12h。
6.根据权利要求1所述的纳米银复合氧化铌钛电极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中所述真空煅烧的煅烧温度为300-500℃,煅烧时间为3-5h。
7.一种纳米银复合氧化铌钛电极材料,其特征在于,所述纳米银复合氧化铌钛电极材料由权利要求1至6任一项所述的纳米银复合氧化铌钛电极材料的制备方法制得。
8.权利要求7所述的纳米银复合氧化铌钛电极材料在电池中的应用,其特征在于,包括以下步骤:
按照纳米银复合氧化铌钛电极材料∶导电炭黑∶聚偏氟乙烯=65∶25∶10的比例调浆,然后,将浆料涂布在集流体铜箔表面,并于80℃下真空干燥6h后,对辊,切片,再在真空手套箱中组装成电池。
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