CN112397791A - 一种基于TiO2/MoS2负极材料的锂离子电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种基于TiO2/MoS2负极材料的锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：S1.正极片制备；S2.负极片制备：将层状堆叠的TiO2/MoS2核壳结构复合材料、导电剂三、增稠剂和负极粘结剂在分散剂二中搅拌均匀，抽真空除泡，过筛，均匀涂布至铜箔的正、反两面上，经辊压、模切放置烤箱烘烤；S3.将正极片、负极片与隔膜通过卷绕或叠片的方式装配成电芯，然后注入电解液、封口和化成分容，得到基于TiO2/MoS2负极材料的锂离子电池。本发明以层状堆叠的TiO2/MoS2核壳结构复合材料制作电池负极，相比较于传统石墨负极，能够有效提高锂离子电池的循环性能。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种基于TiO2/MoS2负极材料的锂离子电池及其制备方法。
背景技术
锂离子电池电池作为一种市面上被广泛使用的二次电池，因其自身无毒性、寿命长、耐候性好等特点正在被全球各国政府所重视，同时随着各类资本的加速入场，锂离子电池市场势必会有更加持续的繁荣发展。
然而，作为锂离子电池已经广泛使用的负极材料-石墨，确因为其相对较低的理论储锂容量(372mAh/g)，较差的倍充性能等，正越来越难以满足人们对该产品的使用需求。为了促使锂离子电池有一个更加广阔的发展未来，我们通过将纯MoS2纳米片以简单的水热法与纳米微球TiO2复合，制得一种具备核壳结构的TiO2/MOS2复合材料，以期在未来逐步替代现有的石墨材料。
MoS2拥有类似于石墨的层状结构，其中钼原子夹在两层硫原子之间，这在层状家族中是一种非常常见的结构之一，具有非常好的稳定性，MoS2同时具有较高的理论容量，高达670mA/g，其层状结构的特点是易于锂离子快速嵌入-嵌出。此外，为了能够更好的提升MoS2的电化学性能，找到TiO2纳米微球作为MoS2的载体，以水热合成的方法让MoS2在TiO2的表面原位合成，最终得到TiO2/MoS2的复合材料，该材料不仅继承了MoS2原有的优异性能，同时引入的载体TiO2又进一步提高了整体材料的稳定性和倍率性能。新型的TiO2/MoS2的复合材料相比传统的石墨材料，拥有更高的比容量、较好的倍率性能、循环性能，同时又兼顾安全性，诸多优点使得该材料具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于TiO2/MoS2负极材料的锂离子电池的制备方法，制备得到具备高能量密度、高倍充性能的锂离子电池。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于TiO2/MoS2负极材料的锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
S1.正极片制备：将正极主材、导电剂一、导电剂二和正极粘结剂按质量比94～96︰1～3︰1～3︰1～3在分散剂一中搅拌均匀，抽真空除泡、调粘，以100～200目筛网过筛，将过筛之后的浆料均匀涂布至铝箔的正、反两面上，再经辊压、模切放置烤箱烘烤；
S2.负极片制备：将负极主材、导电剂三、增稠剂和负极粘结剂按质量比94～96︰1.5～2.5︰1～1.5︰1.5～2.5在分散剂二中搅拌均匀，抽真空除泡，以100～200目筛网过筛，将过筛之后的浆料均匀涂布至铜箔的正、反两面上，再经辊压、模切放置烤箱烘烤；
其中，所述负极主材为层状堆叠的TiO2/MoS2核壳结构复合材料；
S3.先将烘烤至水分合格的正极片和负极片分别取出，再将正极片、负极片与隔膜通过卷绕或叠片的方式装配成电芯，然后注入电解液、封口和化成分容，得到基于TiO2/MoS2负极材料的锂离子电池。
优选地，所述正极主材包括磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、三元材料、富锂锰基材料中的一种或两种以上的混合物。
优选地，所述导电剂一为导电炭黑，所述导电剂二为石墨烯、碳纳米管，所述正极粘结剂为聚偏二氟乙烯，所述分散剂一为N-甲基吡咯烷酮。
优选地，所述导电剂三为导电炭黑或石墨烯，所述负极粘结剂为丁苯橡胶，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠，所述分散剂二为去离子水。
优选地，所述隔膜为湿法或干法制备的聚乙烯或聚丙烯高分子。
优选地，所述电解液由电解质、溶剂和电解液添加剂组成，所述电解质为六氟磷酸锂，所述溶剂由碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和丙酸乙酯按体积比2～3︰2～3︰1～2︰1～2混合均匀制成，所述电解液添加剂为氟代碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯。
优选地，所述电解液的浓度为1～1.5mol/L。
优选地，步骤S1，正极制料工艺如下：
(1)将正极粘结剂在分散剂一中搅拌2～3h直至正极粘结剂完全溶解；
(2)加入导电剂一抽真空搅拌30～40min，再加入导电剂二抽真空搅拌30～40min；
(3)将正极主材均分两步加入上述混合浆料中，抽真空高速搅拌2～3h，通过加入分散剂一调节粘度至3500～5000cP，再慢搅抽真空除泡。
优选地，步骤S2，负极制料工艺如下：
(1)将增稠剂分散至分散剂二中，制成固含量为1.67～1.8％的胶液；
(2)将导电剂三加入胶液中，抽真空搅拌30～40min；
(3)将负极主材均分两步加入上述混合浆料中，抽真空高速搅拌2～3h，通过加入分散剂二调节粘度至2500～3500cP；
(4)加入负极粘结剂，抽真空慢搅30min，再低速抽真空慢搅除泡。
基于一个总的发明构思，本发明的另一个目的在于保护上述制备方法得到的锂离子电池。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果如下：
(1)以层状堆叠的TiO2/MoS2核壳结构复合材料制作电池负极，相比较于传统石墨负极，能够有效提高锂离子电池的循环性能；
(2)制备的电芯因具备较好的倍充性能，可满足大电流充放电的性能要求，拓宽锂离子电池的应用领域；
(3)因TiO2/MoS2复合材料具备高容量的特点，制备出的电芯也更加具备高能量密度的特点；
(4)因TiO2/MoS2复合材料，金属成分含量高，替代原有电池中的碳材料，不易燃，且MoS2嵌锂点位较高，可有效避免负极析锂现象，制备的电芯安全性更高。
附图说明
图1TiO2/MoS2复合材料的SEM图；
图2TiO2/MoS2复合材料的TEM图；
图3常温下两种不同负极材料的电芯2C充放循环性能图；
图4不同负极材料制作的电芯性能参数表。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
实施例1
一种层状堆叠的TiO2/MoS2核壳结构复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.将四氟化钛溶于苯甲醇中，配制成2.5g/L的溶液；
S2.将步骤S1得到的溶液倒入水热釜中，升温至180℃，保持12h；
S3.将步骤S2得到的产物离心、清洗后，在60℃下烘干，得到TiO2并在500℃条件下退火2h；
S4.将TiO2与草酸、硫代乙酰胺和钼酸钠在200℃下进行水热反应20h；
S5.将步骤S4得到的产物用水和乙醇清洗干净，再在空气中以60℃的温度烘干，得到TiO2/MoS2核壳结构复合材料。
实施例2
一种基于实施例1的TiO2/MoS2负极材料的锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
S1.正极片制备：将磷酸铁锂、导电炭黑、石墨烯、碳纳米管和聚偏二氟乙烯按质量比95︰2︰2︰1︰2在N-甲基吡咯烷酮中搅拌均匀，抽真空除泡、调粘，以150目筛网过筛，将过筛之后的浆料均匀涂布至12μm铝箔的正、反两面上，再经辊压(压实密度2.67g/cc)、模切放置烤箱烘烤；
其中，正极制料工艺具体如下：
(1)将聚偏二氟乙烯在N-甲基吡咯烷酮中搅拌2.5h直至聚偏二氟乙烯完全溶解；
(2)加入导电炭黑抽真空搅拌35min，再加入石墨烯、碳纳米管，抽真空搅拌35min；
(3)将磷酸铁锂均分为两步加入上述混合浆料中，抽真空高速搅拌2.5h，通过加入N-甲基吡咯烷酮调节粘度至3500～5000cP，再慢搅抽真空除泡；
S2.负极片制备：将层状堆叠的TiO2/MoS2核壳结构复合材料、导电炭黑、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶按照质量比95︰2︰1.2︰2在去离子水中搅拌均匀，抽真空除泡，以150目筛网过筛，将过筛之后的浆料均匀涂布至4.5μm铜箔的正、反两面上，再经辊压(压实密度1.72g/cc)、模切放置烤箱烘烤；
其中，负极制料工艺具体如下：
(1)将羧甲基纤维素钠分散至去离子水中，制成固含量为1.74％的胶液；
(2)将石墨烯加入胶液中，抽真空搅拌30～40min；
(3)将层状堆叠的TiO2/MoS2核壳结构复合材料均分两步加入到上述混合浆料中，抽真空高速搅拌2.5h，通过加入去离子水调节粘度至3000cP；
(4)加入丁苯橡胶，抽真空慢搅30min，再低速抽真空慢搅除泡；
S3.先将烘烤至水分合格的正极片和负极片分别取出，再将正极片、负极片与隔膜通过卷绕的方式装配成电芯，在注入电解液、封口和化成分容，得到基于TiO2/MoS2负极材料的锂离子电池；
其中，所述隔膜为干法制备的聚乙烯高分子；
所述电解液由电解质、溶剂和电解液添加剂组成，所述电解质为六氟磷酸锂，所述溶剂由碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和丙酸乙酯按体积比2.5︰2.5︰1.5︰1.5混匀制成，所述电解液添加剂包括氟代碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯，所述电解液的浓度为1.2mol/L。
对比例1
与实施例1所不同的是，负极片的制备：
将负极活性材料(层状堆叠的TiO2/MoS2核壳结构复合材料)替换为石墨。
上述实施例仅是本发明的较优实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修饰、修改及替代变化，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种基于TiO2/MoS2负极材料的锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.正极片制备：将正极主材、导电剂一、导电剂二和正极粘结剂按质量比94～96︰1～3︰1～3︰1～3在分散剂一中搅拌均匀，抽真空除泡、调粘，以100～200目筛网过筛，将过筛之后的浆料均匀涂布至铝箔的正、反两面上，再经辊压、模切放置烤箱烘烤；
S2.负极片制备：将负极主材、导电剂三、增稠剂和负极粘结剂按质量比94～96︰1.5～2.5︰1～1.5︰1.5～2.5在分散剂二中搅拌均匀，抽真空除泡，以100～200目筛网过筛，将过筛之后的浆料均匀涂布至铜箔的正、反两面上，再经辊压、模切放置烤箱烘烤；
其中，所述负极主材为层状堆叠的TiO2/MoS2核壳结构复合材料；
S3.先将烘烤至水分合格的正极片和负极片分别取出，再将正极片、负极片与隔膜通过卷绕或叠片的方式装配成电芯，然后注入电解液、封口和化成分容，得到基于TiO2/MoS2负极材料的锂离子电池。
2.如权利要求1所述的一种基于TiO2/MoS2负极材料的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述正极主材包括磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、三元材料、富锂锰基材料中的一种或两种以上的混合物。
3.如权利要求1所述的一种基于TiO2/MoS2负极材料的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述导电剂一为导电炭黑，所述导电剂二为石墨烯、碳纳米管，所述正极粘结剂为聚偏二氟乙烯，所述分散剂一为N-甲基吡咯烷酮。
4.如权利要求1所述的一种基于TiO2/MoS2负极材料的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述导电剂三为导电炭黑或石墨烯，所述负极粘结剂为丁苯橡胶，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠，所述分散剂二为去离子水。
5.如权利要求1所述的一种基于TiO2/MoS2负极材料的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述隔膜为湿法或干法制备的聚乙烯或聚丙烯高分子。
6.如权利要求1所述的一种基于TiO2/MoS2负极材料的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述电解液由电解质、溶剂和电解液添加剂组成，所述电解质为六氟磷酸锂，所述溶剂由碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和丙酸乙酯按体积比2～3︰2～3︰1～2︰1～2混合均匀制成，所述电解液添加剂为氟代碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯。
7.如权利要求1所述的一种基于TiO2/MoS2负极材料的锂离子电池的制备方法，所述电解液的浓度为1～1.5mol/L。
8.如权利要求1所述的一种基于TiO2/MoS2负极材料的锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤S1，正极制料工艺如下：
(1)将正极粘结剂在分散剂一中搅拌2～3h直至正极粘结剂完全溶解；
(2)加入导电剂一抽真空搅拌30～40min，再加入导电剂二抽真空搅拌30～40min；
(3)将正极主材均分两步加入上述混合浆料中，抽真空高速搅拌2～3h，通过加入分散剂一调节粘度至3500～5000cP，再慢搅抽真空除泡。
9.如权利要求1所述的一种基于TiO2/MoS2负极材料的锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤S2，负极制料工艺如下：
(1)将增稠剂分散至分散剂二中，制成固含量为1.67～1.8％的胶液；
(2)将导电剂三加入胶液中，抽真空搅拌30～40min；
(3)将负极主材均分两步加入上述混合浆料中，抽真空高速搅拌2～3h，通过加入分散剂二调节粘度至2500～3500cP；
(4)加入负极粘结剂，抽真空慢搅30min，再低速抽真空慢搅除泡。
10.一种通过权利要求1～9中任意一项制备方法得到的锂离子电池。
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