一种锌基负极材料的制备方法及由其制得的负极材料、负极极片和锂电池与流程

文档序号:19427542发布日期:2019-12-17 15:48阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种锌基负极材料的制备方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:

(1)将锌源加入有机溶剂i中,得到溶液a,将钛源加入有机溶剂ii中,得到溶液b;

(2)将所述溶液a和溶液b混合,得到溶液c;

(3)将所述溶液c加热,制备粉末α;

(4)将所述粉末α置于有机溶剂iii中球磨,得到粉末β;

(5)将所述粉末β烧结,制得锌基负极材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述锌源在搅拌条件下加入有机溶剂i中;

优选地,所述锌源为柠檬酸锌或乙酸锌,优选为柠檬酸锌;

优选地,所述有机溶剂i为乙醇、乙二醇、甲酰胺和乙腈的混合溶液;

优选地,所述有机溶剂i中乙醇、乙二醇、甲酰胺和乙腈的体积比为(9~11):(9~11):(0.5~1.5):(0.5~1.5),优选为10:10:1:1;

优选地,所述锌源的物质的量与有机溶剂i的体积比为(0.008~0.012)mol:(100~120)ml,优选为0.01mol:110ml;

优选地,所述溶液a为均一透明的溶液;

优选地,所述钛源为钛酸四丁酯;

优选地,所述有机溶剂ii为乙醇和苯甲醇的混合溶液;

优选地,所述有机溶剂ii中乙醇和苯甲醇的体积比为(1.5~3):1,优选为2:1;

优选地,所述钛源的物质的量与有机溶剂ii的体积比为(0.008~0.012)mol:(20~40)ml,优选为0.01mol:30ml。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中将所述溶液a和溶液b以体积比为(100~120):(20~40)的比例混合,优选为以110:30的比例混合;

优选地,所述混合的方式为将溶液b加入溶液a中;

优选地,所述混合的方式为将溶液b加入到持续搅拌的溶液a中;

优选地,将所述溶液a与溶液b混合后,通过搅拌使溶液c混合均匀;

优选地,所述搅拌的时间为10~12min,优选为10.5~11.5min;

优选地,将所述溶液a和溶液b混合的同时加入表面活性剂和/或离子液体;

优选地,所述表面活性剂为硬脂酸钠和十二烷基磺酸钠的混合物;

优选地,所述表面活性剂中硬脂酸钠和十二烷基磺酸钠的质量比为1:(7~9),优选为1:8;

优选地,所述离子液体为1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐;

优选地,所述表面活性剂加入的质量与溶液a的体积比为(0.008~0.012)g:(100~120)ml,优选为0.01g:110ml;

优选地,所述离子液体加入的质量与溶液a的体积比为(0.008~0.012)g:(100~120)ml,优选为0.01g:110ml。

4.根据权利要求1~3任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述粉末α的制备包括如下步骤:

将溶液c加热,制得混合液,所述混合液经过冷却和过滤,得到过滤后的沉淀,将所述沉淀洗涤,得到粉末α;

优选地,所述加热在反应釜中进行;

优选地,所述加热在聚四氟乙烯反应釜中进行;

优选地,所述加热的温度为170~190℃,优选为175~185℃;

优选地,所述加热的时间为6~8h,优选为6.5~7.5h;

优选地,所述冷却为冷却至室温;

优选地,所述洗涤为采用乙醇洗涤;

优选地,所述洗涤的次数为至少3次,优选为3~4次。

5.根据权利要求1~4任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(4)中将所述粉末α置于有机溶剂iii中球磨之前,先将粉末α加热;

优选地,所述加热为程序升温加热;

优选地,所述程序升温加热的终点温度为350~400℃,优选为390~400℃;

优选地,所述程序升温加热的升温速率为2~4℃/min,优选为3℃/min;

优选地,所述加热在混合气体的气氛中进行;

优选地,所述混合气体为n2和nh3的混合气体;

优选地,所述混合气体中n2和nh3的体积比为(1~3):1,优选为2:1;

优选地,所述粉末α经加热之后,球磨之前,还包括冷却操作;

优选地,所述冷却操作为冷却至室温;

优选地,所述冷却操作为在混合气体的气氛中冷却;

优选地,所述有机溶剂iii为二甲基亚砜溶液;

优选地,所述球磨的时间为2~4h,优选为3h;

优选地,所述粉末α经球磨之后,进行干燥,制得粉末β;

优选地,所述干燥为真空干燥。

6.根据权利要求1~5任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(5)中所述烧结的温度为500~600℃,优选为520~580℃;

优选地,所述烧结在空气气氛中进行;

优选地,所述烧结的时间为2~3h,优选为2.5~3h;

优选地,所述粉末β经烧结之后冷却,得到锌基负极材料;

优选地,所述冷却为冷却至室温。

7.根据权利要求1~6任一项所述的制备方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:

(1)在搅拌条件下将0.008~0.012mol柠檬酸锌加入由乙醇、乙二醇、甲酰胺和乙腈按体积比为(9~11):(9~11):(0.5~1.5):(0.5~1.5)组成的100~120ml混合溶液中,得到溶液a;将0.008~0.012mol钛酸四丁酯加入由乙醇和苯甲醇按体积比为(1.5~3):1组成的20~40ml混合溶液中,得到溶液b;

(2)将所述溶液b加入到持续搅拌的溶液a中,同时加入0.008~0.012g由硬脂酸钠和十二烷基磺酸钠按质量比为1:(7~9)组成的混合物和0.008~0.012g1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐,得到溶液c,继续剧烈搅拌10~12min使所述溶液c混合均匀;

(3)将所述溶液c在聚四氟乙烯反应釜中以170~190℃加热6~8h,制得混合液,所述混合液冷却至室温后过滤,得到过滤后的沉淀,将所述沉淀采用乙醇洗涤3~4次,得到粉末α;

(4)将所述粉末α在n2和nh3按体积比为(1~3):1组成的混合气体的气氛中,以2~4℃/min升温至350~400℃进行加热,并在所述混合气体的气氛中冷却至室温,将所述冷却后的粉末α在二甲基亚砜溶液中球磨2~4h后经真空干燥,得到粉末β;

(5)将所述粉末β在空气气氛中以500~600℃烧结2~3h后冷却至室温,制得所述锌基负极材料。

8.根据权利要求1~7任一项所述的制备方法制得的锌基负极材料。

9.一种锂离子电池负极极片,其特征在于,所述负极极片含有如权利要求8所述的锌基负极材料。

10.一种锂离子电池,其特征在于,所述锂离子电池含有如权利要求9所述的锂离子电池负极极片。


技术总结
本发明提供了一种锌基负极材料的制备方法及由其制得的负极材料、负极极片和锂电池,所述制备方法通过将锌源和钛源分别溶解在有机溶剂中,再通过混合、加热、球磨和烧结的工艺可实现锌源和钛源的均匀混合,避免了长时间高能耗的高温烧结过程,解决了现有技术中粉体容易团聚,粒度较大且难以获得高纯超细粉体的难题,同时具备操作简便和重现性高的优势,且所述制备方法制备的负极材料具有优异的倍率性能和稳定的循环寿命,具有较高的实际使用价值,可以有效满足锂离子电池各种应用的实际要求。

技术研发人员:伊廷锋;仇立英;齐思雨;韩梦成;刘延国
受保护的技术使用者:东北大学秦皇岛分校
技术研发日:2019.09.18
技术公布日:2019.12.17
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