一種鋰離子電池負極材料制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負極材料制備方法和應(yīng)用。該復(fù)合物通過吡咯單體和碳摻雜金屬氧化物反應(yīng)后，通過簡單的分離、洗滌和干燥即可得到，所得到的復(fù)合物具有比容量大、高循環(huán)穩(wěn)定性、毒性小、能耗低，是一種性能良好的鋰離子負極材料。同時該復(fù)合物的制備方法，操作簡便、對環(huán)境無污染、沒副反應(yīng)、成本低廉，是一種切實可行的方法，便于該復(fù)合物的使用。本發(fā)明還涉及一種碳摻雜金屬氧化物的制備方法，該方法具有生產(chǎn)成本低、可行性大、易于實現(xiàn)工業(yè)批量生產(chǎn)的優(yōu)點。
【專利說明】一種鋰離子電池負極材料制備方法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電化學(xué)電源領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池用負極材料制備方法和應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池具有很多優(yōu)點如電壓高、體積小壽命長等等，其已經(jīng)逐步進入到新能源汽車領(lǐng)域和儲能電池領(lǐng)域，成為電化學(xué)領(lǐng)域研究的重點。
[0003]鋰離子電池通常主要包括四個部分:正極、負極、電解液和隔膜，電解液主要吸附在隔膜中，是鋰離子在正負極板間移動的載體，目前鋰離子電池所使用的負極材料主要為碳負極材料，如人工石墨、天然石墨等，但由于碳材料存在較大的能量損失和高倍率充放電性能差等缺點，同時碳電極表面易析出金屬鋰，形成枝晶而引起短路，因此，人們的研究目標是尋找更可靠、更高效的新型鋰電池負極材料。近年來報道了大量非碳負極材料如鋰鐵復(fù)合材料、錫基材料、硅基材料和其它新型合金材料。如中國專利CN103367727A報道了硅碳負極材料的鋰離子電池，所制備的碳硅材料的比容量大于450mAh/g，首次效率大于85%，循環(huán)60次容量保持率在97%以上。中國專利CN103456934A公開了一種碳摻雜二氧化鈦/碳復(fù)合纖維用于鋰離子電池負極材料，所得的電池首次放電容量為353?364mAh/g，100次循環(huán)后的充電容量為268 mAh/g。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]正是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種具有高比容量以及多次循環(huán)后仍有較高充電容量的鋰離子電池負極材料。本發(fā)明的另一個目的提供一種操作簡便、對環(huán)境無污染、沒副反應(yīng)、成本低廉地制備鋰離子電池負極材料用碳摻雜過渡金屬氧化物和聚吡咯復(fù)合物的方法。本發(fā)明的第三個目的是提供一種生產(chǎn)成本低、可行性大、易于實現(xiàn)工業(yè)批量生產(chǎn)的制備碳摻雜二氧化鈦的制備方法。
[0005]為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供以下的技術(shù)方案:
一種鋰離子電池負極材料制備方法，其特征在于，
Cl)配制濃度為0.01?0.5M的吡咯單體水溶液，超聲0.5?I小時；
(2)向步驟(I)所得的吡咯溶液中加入碳摻雜過渡金屬氧化物后，超聲10?20分鐘后，于微波中反應(yīng)；
(3)待反應(yīng)結(jié)束后，通過離心分離得到固體，再經(jīng)去離子水洗后，放置烘箱內(nèi)，烘箱溫度為100?200°C，干燥I?2小時后得到碳摻雜金屬氧化物和聚吡咯的復(fù)合物。
[0006]所述碳摻雜過渡金屬氧化物優(yōu)選為碳摻雜二氧化鈦，所述吡咯單體和碳摻雜二氧化鈦的質(zhì)量比為1:5?5:1。
[0007]其中，所述碳摻雜二氧化鈦通過以下方法制得:按質(zhì)量比為1:0.2?0.5:0.1?0.2依次稱取TiCl3、葡萄糖和硫酸鉀加入到20?30份重量比的蒸餾水中，充分攪拌混合均勻后將混合液加入到水熱反應(yīng)器中，在120?180°C下恒溫反應(yīng)，反應(yīng)時間為5?15小時，將所得物質(zhì)水洗烘干制得碳摻雜二氧化鈦。
[0008]其中，步驟(I)中配制濃度為0.05?0.2M的吡咯單體水溶液，步驟(2)微波中反應(yīng)的功率為120?160KW，反應(yīng)溫度為80?120°C，反應(yīng)時間5?15分鐘。步驟(3)中烘箱溫度為120?180°C。
[0009]如上所述的鋰離子電池負極材料的制備方法制備得到的碳摻雜過渡金屬氧化物和聚吡咯的復(fù)合物。
[0010]如上一種鋰離子電池負極材料的應(yīng)用，其特征在于，取碳摻雜過渡金屬氧化物和聚吡咯的復(fù)合物、炭黑和聚氯乙烯壓縮制成工作電極，六氟磷酸鋰作為電解液，測試該鋰離子電池的充放電性能，首次充放電容量為558?574 mAh/g，循環(huán)200次沒有衰減，循環(huán)400次后的充電容量為446?467 mAh/g。
[0011]技術(shù)效果:1、本發(fā)明所述的負極材料碳摻雜二氧化鈦和聚吡咯復(fù)合物的制備方法簡單、易操作，對環(huán)境無污染、沒副反應(yīng)、成本低廉。2、本發(fā)明所述的碳摻雜二氧化鈦和聚吡咯復(fù)合物應(yīng)用于鋰離子電池，所得的鋰離子電池比容量大、高循環(huán)穩(wěn)定性、毒性小、能耗低、穩(wěn)定性好。3、本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)成本低、可行性大、易于實現(xiàn)工業(yè)批量生產(chǎn)的制備碳摻雜二氧化鈦的制備方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的一個工藝流程圖。

【具體實施方式】
[0013]實施例1
按質(zhì)量比為1:0.3:0.1依次稱取TiCl3、葡萄糖和硫酸鉀加入到20份質(zhì)量比的蒸餾水中，充分攪拌混合均勻后將混合液加入到水熱反應(yīng)器中，在120°C下恒溫反應(yīng)，反應(yīng)時間約為10小時，將所得物質(zhì)水洗烘干制得碳摻雜二氧化鈦。
[0014]實施例2
按質(zhì)量比為1:0.2:0.2依次稱取TiCl3、葡萄糖和硫酸鉀加入到25份質(zhì)量比的蒸餾水中，充分攪拌混合均勻后將混合液加入到水熱反應(yīng)器中，在160°C下恒溫反應(yīng)，反應(yīng)時間約為6小時，將所得物質(zhì)水洗烘干制得碳摻雜二氧化鈦。
[0015]實施例3
(1)稱取Ig吡咯單體，配制濃度為0.1M的吡咯單體水溶液，超聲30分鐘；
(2)向步驟(I)所得的吡咯溶液中加入1.5g實施例1制得的碳摻雜二氧化鈦后，超聲10分鐘后，反應(yīng)溫度為120°c，反應(yīng)功率為120KW ；
(3)待反應(yīng)結(jié)束后，通過離心分離得到固體，再經(jīng)去離子水洗滌3次后，放置烘箱內(nèi)，烘箱溫度為120°C，干燥2小時后后得到碳摻雜二氧化鈦和聚吡咯的復(fù)合物。
[0016]將所得的碳摻雜過渡金屬氧化物和聚吡咯的復(fù)合物作為鋰離子電池的工作電極，六氟磷酸鋰作為電解液，測試該鋰離子電池的充放電性能，以50mA/g的電流密度充放電，首次充放電容量為558 mAh/g，循環(huán)200次沒有衰減，循環(huán)400次后的充電容量為446mAh/g°
[0017]實施例4 (1)稱取2g吡咯單體，配制濃度為0.05M的吡咯單體水溶液，超聲30分鐘；
(2)向步驟(I)所得的吡咯溶液中加入Ig實施例2制得的碳摻雜二氧化鈦1.6g后，超聲10分鐘后，于微波中反應(yīng)5分鐘，反應(yīng)溫度為100°C，反應(yīng)功率為160KW ；
(3)待反應(yīng)結(jié)束后，通過離心分離得到固體，再經(jīng)去離子水洗滌3次后，放置烘箱內(nèi)，烘箱溫度為150°C，干燥I小時后后得到碳摻雜二氧化鈦和聚吡咯的復(fù)合物。
[0018]將所得的碳摻雜過渡金屬氧化物和聚吡咯的復(fù)合物作為鋰離子電池的工作電極，六氟磷酸鋰作為電解液，測試該鋰離子電池的充放電性能，以50mA/g的電流密度充放電，首次充放電容量為574 mAh/g，循環(huán)200次沒有衰減，循環(huán)400次后的充電容量為467mAh/g°
[0019]實施例5
(1)稱取Ig吡咯單體，配制濃度為0.0lM的吡咯單體水溶液，超聲35分鐘；
(2)向步驟(I)所得的吡咯溶液中加入2g實施例1制得的碳摻雜二氧化鈦1.6g后，超聲15分鐘后，于微波中反應(yīng)5分鐘，反應(yīng)溫度為100°C，反應(yīng)功率為160KW ；
(3)待反應(yīng)結(jié)束后，通過離心分離得到固體，再經(jīng)去離子水洗滌3次后，放置烘箱內(nèi)，烘箱溫度為140°C，干燥1.5小時后得到碳摻雜二氧化鈦和聚吡咯的復(fù)合物。
[0020]總之，上述實施例僅是本發(fā)明的較佳實施方式，在本發(fā)明的實施中，1.第一步驟的吡咯單體水溶液的濃度為0.01Μ、0.03Μ、0.05Μ、0.1Μ、0.2Μ、0.3Μ、0.4Μ、0.5Μ之間任選一個濃度值；2.在第二步驟中，加入碳摻雜二氧化鈦后，超聲10分鐘、12分鐘、15分鐘、18分鐘、20分鐘、25分鐘之間任選一個時間值，并于微波中反應(yīng)3分鐘、5分鐘、8分鐘、1分鐘、15分鐘、18分鐘、20分鐘之間選擇一個時間值，反應(yīng)溫度為100°C、120°C、140°C、150°C、160 V、180°C、200°C之間任意選擇一個溫度。在第三步驟中，烘箱溫度為100°C、120°C、14(rC、150°C、160°C、180°C之間選擇一個溫度值，干燥I小時、1.2小時、1.5小時、1.8小時、2小時選擇一個干燥時間值。上述1、2、3三個條件中的參數(shù)的任意組合，都屬于本發(fā)明的權(quán)利范圍中。
[0021]上述實施例并非對本發(fā)明的技術(shù)范圍作任何限制。本行業(yè)的技術(shù)人員，在本技術(shù)方案的啟迪下，可做出一些變形與修改，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上的實施例所作的任何修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子電池負極材料制備方法，其特征在于， (1)配制濃度為0.0l?0.5M的吡咯單體水溶液，超聲0.5?I小時； (2)向步驟(I)所得的吡咯溶液中加入碳摻雜過渡金屬氧化物后，超聲10?20分鐘后，于微波中反應(yīng)； (3)待反應(yīng)結(jié)束后，通過離心分離得到固體，再經(jīng)去離子水洗后，放置烘箱內(nèi)，烘箱溫度為100?200°C，干燥1-2小時后得到碳摻雜金屬氧化物和聚吡咯的復(fù)合物。
2.如權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池負極材料制備方法，其特征在于，所述碳摻雜過渡金屬氧化物為碳摻雜二氧化鈦。
3.如權(quán)利要求2所述的一種鋰離子電池負極材料制備方法，其特征在于，所述碳摻雜二氧化鈦通過以下方法制得:按質(zhì)量比為1:0.2?0.5:0.1?0.2依次稱取TiCl3、葡萄糖和硫酸鉀加入到適量蒸餾水中，充分攪拌混合均勻后將混合液加入到水熱反應(yīng)器中，在120?180°C下恒溫反應(yīng)，反應(yīng)時間為5?15小時，將所得物質(zhì)水洗烘干制得碳摻雜二氧化鈦。
4.如權(quán)利要求2所述的一種鋰離子電池負極材料制備方法，其特征在于，其特征在于，所述吡咯單體和碳摻雜二氧化鈦的質(zhì)量比為1:5?5:1，步驟(2)微波中反應(yīng)的功率為120?160KW，反應(yīng)溫度為80?120°C，反應(yīng)時間5?15分鐘。
5.如權(quán)利要求1-4任一所述一種鋰離子電池負極材料制備方法，其特征在于，步驟(I)中配制濃度為0.05?0.2M的吡咯單體水溶液，步驟(3)中烘箱溫度為120?180°C。
6.如權(quán)利要求5任一所述的碳摻雜過渡金屬氧化物和聚吡咯復(fù)合物的制備方法制備得到的碳摻雜過渡金屬氧化物和聚吡咯的復(fù)合物。
7.如權(quán)利要求6所述的一種鋰離子電池負極材料的應(yīng)用，其特征在于，取碳摻雜過渡金屬氧化物和聚吡咯的復(fù)合物作為鋰離子電池的工作電極，六氟磷酸鋰作為電解液，測試該鋰離子電池的充放電性能，以50mA/g的電流密度充放電，首次充放電容量為558?574mAh/g，循環(huán)200次沒有衰減，循環(huán)400次后的充電容量為446?467 mAh/g。
【文檔編號】H01M4/36GK104319379SQ201410566562
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】陳步霄 申請人:陳步霄