一种锂离子电池用负极复合材料及其制备方法_2

文档序号:8225051阅读:来源:国知局
,管式炉先以5°C /min?20°C /min的升温速度升温至500°C?1200°C后保温 lh ?5h〇
【附图说明】
[0024] 下面结合附图和【具体实施方式】,对本发明及其有益技术效果进行详细说明。
[0025] 图1为本发明中实施例1提供的负极复合材料的SEM图。
[0026] 图2为本发明中编号为S1的电池的循环寿命曲线图。
[0027] 图3为本发明中编号为S1的电池的第40次循环时的充放电曲线图。
【具体实施方式】 [0028] 实施例1
[0029] 本实施例提供的一种锂离子电池用负极复合材料,该复合材料具有包含核层和壳 层的核-壳结构;
[0030] 核层为由二氧化钛和二氧化硅形成的复合物(二者的固溶体)与二氧化钛和二氧 化硅组成的混合物,并且二氧化钛和二氧化硅的质量比例为1 :1. 5,其中,二氧化钛为锐钛 矿型二氧化钛。锐钛矿型二氧化钛属四方晶系,以Ti06八面体为基础,通过共用四条边和共 顶点联结而成,其具有双向孔隙通道,分别沿a轴和b轴,嵌锂容量较高,当锂离子嵌入时, 其首先形成了具有四方结构的贫锂相Li a(llTi02和具有正交结构的富锂相Lia6Ti02,使锂离 子可在两相之间流动达到动态平衡,嵌锂电位保持恒定,其理论嵌锂比容量为335mAh/g,实 际的可逆容量通常仅为理论容量的一半左右,这是由于嵌锂系数大于0.5后,110 2晶格会发 生强烈的Li-Li相互作用,阻碍Li+进一步嵌入,减小其尺寸可以提高其锂脱嵌容量,因此, 本实施例中二氧化钛的尺寸较小。
[0031] 壳层为碳材料,具体为硬碳,并且壳层占复合材料的质量百分比为10 %。核层的粒 径为100nm,壳层的厚度为0. 1 y m,并且碳材料还嵌入到二氧化钛和二氧化硅的微孔中。
[0032] 该锂离子电池用负极复合材料的制备方法,包括以下步骤:
[0033] 第一步,按摩尔比例分别称取正硅酸乙酯、钛酸四丁酯和十二烷基硫酸钠,其中, 正硅酸乙酯和钛酸四丁酯的摩尔比例为2 :1,将正硅酸乙酯、钛酸四丁酯和十二烷基硫酸 钠加入乙醇中混合搅拌均匀,搅拌速度为100转/min,搅拌持续的时间为2h,在搅拌过程中 滴加氨水,调节pH值至7. 5,形成沉淀,离心分离后得到中间产物;
[0034] 第二步,将第一步得到的中间产物烘干,烘干温度为70°C,烘干的持续时间为3h, 然后将烘干后的产物置于管式炉中,以l〇°C /min的升温速度升温至1000°C后保温3h,进行 煅烧,得到产物。
[0035] 对按照本实施例的方法制得的负极复合材料进行SEM测试,所得结果见图1,由图 1可以看出:本实施例的负极复合材料形貌和尺寸均较为均一,而且负极复合材料的粒径 很小。
[0036] 实施例2
[0037] 本实施例提供的一种锂离子电池用负极复合材料,该复合材料具有包含核层和壳 层的核-壳结构;
[0038] 核层为由二氧化钛和二氧化硅形成的复合物(二者的固溶体)与二氧化钛和二氧 化娃组成的混合物,并且二氧化钛和二氧化娃的质量比例为5 :1,其中,二氧化钛为金红石 型二氧化钛。金红石型二氧化钛属四方晶系,以Ti06配位八面体沿c轴成链状排列,并与 上下的110 6配位八面体共用一条棱,链间由配位八面体共顶点相连。由于金红石型二氧化 钛晶格的ab面上存在大量的晶格畸变,平行于c轴的Li+迀移通道存在着各向异性,Li +嵌 入金红石晶格的位置远离主通道的a,b方向,使扩散过程缓慢,嵌锂性能不佳,减小其尺寸 可以提高其锂脱嵌容量,因此,本实施例中二氧化钛的尺寸较小。
[0039] 壳层为碳材料,具体为软碳,并且壳层占复合材料的质量百分比为15%。核层的粒 径为500nm,壳层的厚度为0. 5 ym,并且碳材料还嵌入到二氧化钛和二氧化硅的微孔中。
[0040] 该锂离子电池用负极复合材料的制备方法,包括以下步骤:
[0041] 第一步,按摩尔比例分别称取正硅酸甲酯、钛酸四异丙酯和硬脂酸,其中,正硅酸 甲酯和钛酸四异丙酯的摩尔比为4:15,将正硅酸甲醋、钛酸四异丙酯和硬脂酸加入甲醇中 混合搅拌均勾,搅拌速度为300转/min,搅拌持续的时间为lh,在搅拌过程中滴加氨水,调 节pH值至8. 5,形成沉淀,离心分离后得到中间产物;
[0042] 第二步,将第一步得到的中间产物烘干,烘干温度为80°C,烘干的持续时间为5h, 然后将烘干后的产物置于管式炉中,以15°C /min的升温速度升温至900°C后保温4h,进行 煅烧,得到产物。
[0043] 实施例3
[0044] 本实施例提供的一种锂离子电池用负极复合材料,该复合材料具有包含核层和壳 层的核-壳结构;
[0045] 核层为二氧化钛和二氧化硅的混合物,并且二氧化钛和二氧化硅的质量比例为 0. 5 :1,其中,二氧化钛为锐钛矿型二氧化钛。
[0046] 壳层为碳材料,具体为石墨,并且壳层占复合材料的质量百分比为18%。核层的粒 径为1500nm,壳层的厚度为1 ym,并且碳材料还嵌入到二氧化钛和二氧化硅的微孔中。
[0047] 该锂离子电池用负极复合材料的制备方法,包括以下步骤:
[0048] 第一步,按摩尔比例分别称取正硅酸丙酯、钛酸乙酯和十二烷基苯磺酸钠,其中, 正硅酸丙酯和钛酸乙酯的摩尔比例为8 :3,将正硅酸丙酯、钛酸乙酯和十二烷基苯磺酸钠 加入丙酮中混合搅拌均匀,搅拌速度为400转/min,搅拌持续的时间为0. 5h,在搅拌过程中 滴加氨水,调节pH值至8. 0,形成沉淀,离心分离后得到中间产物;
[0049] 第二步,将第一步得到的中间产物烘干,烘干温度为75°C,烘干的持续时间为7h, 然后将烘干后的产物置于管式炉中,以8°C /min的升温速度升温至600°C后保温5h,进行煅 烧,得到产物。
[0050] 实施例4
[0051] 本实施例提供的一种锂离子电池用负极复合材料,该复合材料具有包含核层和壳 层的核-壳结构;
[0052] 核层为二氧化钛和二氧化硅形成的复合物(二者的固溶体),并且二氧化钛和二 氧化硅的质量比例为0.8 :1,其中,二氧化钛为板钛矿型二氧化钛。板钛矿型二氧化钛属于 斜方晶系,以Ti06八面体共棱、共顶点构成,Li +嵌入其晶格是沿着阻力较小的c轴{001} 方向,扩散过程是一维的,孔隙通道的半径约为5. 8nm,a、b方向的孔隙间距较小,扩散过程 收到限制,锂脱嵌容量较小,但可以通过减小尺寸来提高锂脱嵌容量,因此,本实施例中二 氧化钛的尺寸较小。而且,板钛矿型二氧化钛在Li+嵌入过程中,结构基本无明显变化,这 就可保证其多次充放电中的结构稳定性。
[0053] 壳层为碳材料,具体为石墨,并且壳层占复合材料的质量百分比为8%。核层的粒 径为lOOOnm,壳层的厚度为300nm,并且碳材料还嵌入到二氧化钛和二氧化硅的微孔中。
[0054] 该锂离子电池用负极复合材料的制备方法,包括以下步骤:
[0055] 第一步,按摩尔比例分别称取硅酸四丁酯、钛酸乙酯和木质素磺酸盐,其中,硅酸 四丁酯和钛酸乙酯的摩尔比例为5 :3,将硅酸四丁醋、钛酸乙酯和木质素磺酸盐加入乙二 醇中混合搅拌均匀,搅拌速度为80转/min,搅拌持续的时间为
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