一种Ce掺杂Li4Ti5O12锂离子电池纳米负极材料的制备方法，通过先制备锂离子水溶液、Ce(NO3)4水溶液以及TiCl4水溶液，然后，调节TiCl4水溶液pH值后将三种水溶液混合，通过水热电沉积法的方式制得目标产物，由于本发明专利技术水热电沉积法中采用电弧放电加热，所以能够使温度瞬时达到反应温度，从而缩短了反应时间，此外由于水热电沉积法中采用水热进行加热，所以具有加热均匀，能够控制最终产品的形貌，进而提高电化学性能。本发明专利技术提供的制备方法具有成本低、操作简单、制备周期短的优点。本发明专利技术制备的材料为纳米片状结构所组成的花球状粉体，纯度高、结晶性强、形貌均匀，具有优异的充放电性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，具体涉及一种Ce掺杂Li4Ti5O12锂离子电池纳米负极材料的制备方法。
技术介绍
钛酸锂是一种最近几年才开始兴起的锂离子电池的负极材料，它具有尖晶石型的晶体结构，在作为电极材料时，随着充放电过程的进行钛酸锂的晶体结构基本上不发生变化，形变率小于1%，被称为“零应变”材料，因此它可以具有良好的循环性能。但是它也存在着一定的缺陷，比如材料本身的电子电导率很低，大约为10_9s/cm，接近于绝缘体材料，而且它的嵌锂电位相对较高，约为1.5V，这使得电池的输出电压偏低。如果对钛酸锂进行一定方法的改性提高它的导电率，再加上钛资源的含量十分丰富并且对环境的不利影响很小，它很有可能取代目前广泛使用的碳负极材料而成为新一代的锂离子电池负极材料。离子掺杂提高Li4Ti5O12的电导率主要是靠电荷补偿来完成的。在掺杂过程中，通过加入高价的阳离子如Mg2+、Zn2+、Al3+等替换低价的Li +，造成电荷过剩，此时为了保持晶体的电中性，Ti4+将会发生向Ti 3+的转变，Ti 3+含量越多，Li 4115012的导电性越好。由于颗粒形貌对样品的电化学性能也可能会造成一定的影响，颗粒越小、比表面积越大，则材料与电解液的接触越好，Li+的迀移距离也会变短，这样更有利于锂离子电池负极材料倍率性能的提升。另外，一维纳米材料如纳米棒、纳米管、纳米线等这些特殊的结构在电化学性能等方面会产生一些新颖的特点。过渡金属由于具有未充满的价层d轨道，基于十八电子规则，性质与其他元素有明显差别，故制备Ce掺杂Li4Ti5O12锂离子电池纳米材料具有很大的研宄应用价值。目前所报道的通过掺杂制备锂离子电池负极材料的方法主要为高温固相法.J.Alloys Compd.，2011，509:596-601.]、溶胶凝胶法 O4 anode materials .J.Power Sources2004，125(2):242-245.]，其中高温固相法锻烧时间久、能耗大、效率低、目标材料的均匀性较差、制备的目标产物电化学性能较差、配方控制困难等；溶胶-凝胶法制备方法简单，反应条件温和，但容易出现沉淀，得不到凝胶，从而很难得到产品。
技术实现思路
为克服现有技术中的问题，本专利技术的目的是提供一种Ce掺杂Li4Ti5O12，该方法具有制备成本低、操作简单、制备周期短的特点，所制备的Ce掺杂Li4Ti5O12锂离子电池纳米负极材料纯度高、结晶性强、形貌均匀。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案:I)将锂源溶于去离子水中，配制成锂离子浓度为0.5?0.9mol/L的溶液A，将Ce (NO3)4溶于去离子水中，配制成浓度为0.1?0.2mol/L的溶液B，将TiCl 4溶于去离子水中，配制成浓度为0.2?0.5mol/L溶液C，并调节溶液C的pH值为I?3 ;2)将溶液A、溶液B、调节pH值后的溶液C按照L1、Ce、Ti元素摩尔比nu:nCe:nTi=(4?6): (0.05?0.1): (5?7.5)的比例混合均匀，得到混合溶液D ；3)将混合溶液D采用水热电沉积法反应后过滤，得到滤饼，将滤饼干燥得到Ce掺杂Li4Ti5O12锂离子电池负极材料；其中，水热电沉积法反应的具体条件为:反应温度为80?120°C，正负两极电压为800?1000V，脉冲占空比为50%?60%。所述步骤I)中锂源为 L1H.H2O, Li2CO3^ LiNO^ L1H。所述步骤I)中溶液C的pH值是采用0.5-2mol/L的盐酸进行调节的。所述步骤2)中混合均匀的具体条件是于40?60°C下搅拌I?3h。所述步骤3)中将混合溶液D转移至水热电沉积反应釜中，然后进行水热电沉积法反应，其中，反应釜的体积填充比为50%?60%。所述步骤3)中将滤饼干燥前，先采用去离子水将滤饼洗涤2?3次，再采用无水乙醇洗涤2?3次。所述步骤3)中干燥的温度为80?100°C，干燥的时间为I?3h。所述步骤3)中反应时间为I?3小时。与现有技术相比，本专利技术具有的有益的效果:本专利技术通过先制备含锂离子水溶液、Ce (NO3) 4水溶液以及TiCl 4水溶液，然后，调节TiCl 4水溶液pH值后将三种水溶液混合，通过水热电沉积法的方式制得Ce掺杂Li4Ti5012.离子电池负极材料，由于本专利技术中水热条件下的特殊物理化学环境可以加快溶液中的传质速度，所以制备温度低且制备的纳米材料不需要后期的晶化热处理，一定程度上能够避免在后期热处理过程中可能导致的卷曲、晶粒粗化等缺陷；本专利技术采用电沉积方法制备纳米材料，操作简单，原材料的利用率高，而且能够获得具有较大比表面积的纳微米材料，这有利于电池负极材料电化学性能的提升。本专利技术将水热法与电沉积方法结合，利用水热电沉积技术在较低的温度下合成Ce掺杂Li4Ti5012.离子电池纳米负极材料，纯度高、结晶性强、形貌均匀，同时该方法制备成本低、操作简单、制备周期短。由于本专利技术水热电沉积法中采用电弧放电加热，所以能够使温度瞬时达到反应温度，从而缩短了反应时间，此外由于水热电沉积法中采用水热进行加热，所以具有加热均匀，能够控制最终产品的形貌，进而提高电化学性能。本专利技术提供的制备方法具有成本低、操作简单、制备周期短的优点。本专利技术制备的Ce掺杂Li4Ti5O12锂离子电池负极材料为纳米片状结构所组成的花球状粉体，纯度高、结晶性强、形貌均匀，具有优异的充放电性能，在0.1C低倍率下，其首次放电容量可达到300mAh/g，在1C的高倍率下，其首次放电容量可达到 180mAh/go【附图说明】图1是本专利技术实施例1所制备Ce掺杂Li4Ti5012.离子电池纳米材料的SEM图。具体实施例下面结合附图通过具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1I)将L1H.H2O溶于去离子水中，配制成锂离子浓度为0.5mol/L的溶液么，将Ce (NO3) 4溶于去离子水中，配制成浓度为0.lmol/L的溶液B，将TiCl 4溶于去离子水中，配制成浓度为0.2mol/L溶液C，然后用lmol/L盐酸调节溶液C的pH值为I。2)将溶液A、溶液B、调节pH值后的溶液C三种溶液按照L1、Ce、Ti元素摩尔比nL1:nCe:nTi = 4:0.05:5的比例混合后，在40°C下磁力搅拌lh，形成均勾稳定的混合溶液D。3)将混合溶液D放入水热电沉积反应釜中，密封反应釜，控制体积填充比为50 %，反应温度控制在80°C，正负两极电压为800V，脉冲占空比为50%，采用电弧放电水热反应Ih04)待反应釜自然冷却直室温后，经过滤得到滤饼，将滤饼先采用去离子水洗涤2次，再用无水乙醇洗涤2次得到粉体，然后以在80°C下干燥lh，得到Ce掺杂Li4Ti5O12锂离子电池负极材料。图1为实施例1制得的Ce掺杂Li4Ti5012.离子电池负极材料的SEM图，从图1中可以看出掺杂后的样品表面是由纳米片自组成的花状结构，纳米片的厚度大约为几个纳米。实施例2I)将当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Ce掺杂Li4Ti5O12锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将锂源溶于去离子水中，配制成锂离子浓度为0.5～0.9mol/L的溶液A，将Ce(NO3)4溶于去离子水中，配制成浓度为0.1～0.2mol/L的溶液B，将TiCl4溶于去离子水中，配制成浓度为0.2～0.5mol/L溶液C，并调节溶液C的pH值为1～3；2)将溶液A、溶液B、调节pH值后的溶液C按照Li、Ce、Ti元素摩尔比nLi:nCe:nTi＝(4～6):(0.05～0.1):(5～7.5)的比例混合均匀，得到混合溶液D；3)将混合溶液D采用水热电沉积法反应后过滤，得到滤饼，将滤饼干燥得到Ce掺杂Li4Ti5O12锂离子电池负极材料；其中，水热电沉积法反应的具体条件为：反应温度为80～120℃，正负两极电压为800～1000V，脉冲占空比为50％～60％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曹丽云，柴思敏，殷立雄，乔晓宁，王鑫，程娅伊，欧阳海波，黄剑锋，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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