一种掺钴的纳米氧化钨负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种掺钴的纳米氧化钨负极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域；本发明专利技术所述方法为将偏钨酸铵、硝酸钴、二甲基咪唑加入去离子水中配制成混合溶液，然后用超声波发生器振动分散，并调节PH值到1~2，之后将溶液转移至不锈钢反应釜中，在170℃下反应4~6天，并自然冷却到室温；过滤，用去离子水与酒精洗涤数次，干燥；将干燥后的均匀均匀粉末物装入氧化铝坩埚，并置于气氛炉中，在空气环境下焙烧；其焙烧温度为500~600℃，保温温度为1~2h。焙烧完成后，随炉冷却到室温，得到焙烧产物即为掺钴的纳米氧化钨材料；将产物取出，研磨后得到细小的掺钴的纳米氧化钨粉末。本发明专利技术所述方法制备得到的掺钴的纳米氧化钨具有粒度小、均匀、等优点；焙烧过程中的保温时间较短，保证颗粒均匀细小，避免其长大。

Method for preparing cobalt doped nano tungsten oxide negative electrode material

The preparation method of nano tungsten oxide cathode material of the invention discloses a doped with cobalt, which belongs to the technical field of lithium ion battery; the method of the invention is ammonium metatungstate, cobalt nitrate, two methylimidazolium deionized water to prepare the mixed solution, and then use the ultrasonic generator vibration dispersion, and adjust the pH value to 1~2. After the solution was transferred to stainless steel reactor, the reaction at 170 DEG C for 4~6 days, and natural cooling to room temperature; filtering with deionized water and alcohol washed several times, drying; the dried powder of uniform materials into the alumina crucible, and placed in the atmosphere in the furnace, roasting in air environment; the roasting temperature 500~600 C, keeping the temperature at 1~2h. After calcination, the product is cobalt doped nano tungsten oxide when the furnace is cooled to room temperature. After the product is removed and ground, fine cobalt doped tungsten oxide powder is obtained. The cobalt doped nanometer tungsten oxide prepared by the method has the advantages of small size, uniform, etc., and the heat preservation time in the roasting process is shorter, and the particles are uniform and small, so as to avoid the growth of the tungsten oxide.

【技术实现步骤摘要】
一种掺钴的纳米氧化钨负极材料的制备方法
本专利技术涉及一种掺钴的纳米氧化钨负极材料的制备方法，属于锂离子电池

技术介绍
随着社会经济日益发展和人口的快速增长，能源与环境问题已经成为21世纪必须面对的两个严峻问题，开发清洁可再生新能源已经成为当今世界重大研究热点。化学电源，尤其是二次电源，作为一种可以实现化学能和电能相互转化装置，是合理有效利用能源的关键器件，是目前解决能源问题的重要手段之一。在铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等众多系列电池中，锂离子二次电池以其高可逆容量、高电压、高循环性能和高能量密度等优越的性能成为当今世界上电池研发及应用的热点。被称为2l世纪的主导化学电源，其应用领域不断扩大。但锂离子电池行业竞争非常激烈，寻找高容量、低成本的新型电极材料是进一步降低电池成本、增强竞争力的有力手段。过渡金属氧化物是很有前景的一类新型负极材料。纳米过渡金属氧化物(MO，M=Co，Ni，Cu，Fe，W)负极具有良好的的储锂性能，许多其它过渡金属氧化物如CuO、Fe2O3、FeO4、Co3O4、WO3等都可通过转化反应储锂，且其容量远远高于商品锂离子电池中所用的石墨负极材料。其中WO3是常温下钨的最稳定氧化物，环境毒害小，价格低廉，理论比容量高(693mAh∙g-1)，是一种有发展潜力的锂离子电池负极材料，然而，块体WO3的电导率低，充放电过程中体积变化大，导致其倍率性能和循环稳定性差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种掺钴的纳米氧化钨负极材料的制备方法，该方法工艺简单、成本低，得到的产物为粒度小、均匀的特殊形貌结构的掺钴的纳米氧化钨复合负极材料，具有较高的放电比容量和优异的循环性能，具体包括以下步骤：（1）将偏钨酸铵、硝酸钴、二甲基咪唑加入去离子水中配制成混合溶液，然后用超声波发生器振动分散1~3h，并调节PH值到1~2，整个过程在常温下进行。（2）将步骤（1）得到的混合液转移到反应釜中加热，在温度160~180℃下反应4~6天，然后自然降温至室温，取出混合液过滤、洗涤、干燥得到粉末状物质。（3）将步骤（2）中干燥后的粉末取出，在空气条件下快速升温至500~600℃，保温为1~2h，焙烧完成后，随炉冷却到室温。优选的，本专利技术步骤（1）中偏钨酸铵、硝酸钴、二甲基咪唑的摩尔比为5:1:1~6:1:1。优选的，本专利技术步骤（1）中用1mol/L~2mol/L的盐酸调节PH值。优选的，本专利技术步骤（2）中焙烧时升温速率为7~10℃/min。本专利技术所述方法制备得到的掺钴的纳米氧化钨负极材料粉末进行电化学性能测试：将掺钴的纳米氧化钨负极材料粉末、乙炔黑、聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比为8:1:1的比例混合研磨组装成CR2025扣式电池；静置24h后测试其充放电性能。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术采用一步法水热得到钨钴的双核金属有机框架结构的材料，并气氛中空气环境下焙烧，合成得到掺钴的纳米氧化钨负极材料粉末；本专利技术所述方法工艺简单、成本低；产物掺钴的纳米氧化钨负极材料粉末具有粒度小、均匀、钨钴完美的有机结合等优点；焙烧过程中的保温时间较短，保证颗粒均匀细小，避免其长大。（2）掺钴的纳米氧化钨负极材料粉末用于制备锂离子电池，相对于传统负极材料氧化钨而言，电化学性能有所提高。在焙烧的过程中，钨钴双核金属有机框架坍塌形成金属表面的介孔，进一步提高了材料的锂离子的嵌入与脱出，使电池放电比容量增大，放电比容量为1500mAhg-1左右，循环稳定性更加优异。附图说明图1为本专利技术实例1得到的掺钴的纳米氧化钨的XRD图片。图2为本专利技术实例1得到的掺钴的纳米氧化钨的透射电镜图片。图3为本专利技术实例1用掺钴的纳米氧化钨负极材料制备的锂离子电池的充放电曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1本实施例所述掺钴的纳米氧化钨负极材料的制备方法，具体包括以下步骤：（1）将偏钨酸铵、硝酸钴、二甲基咪唑的按摩尔比为5:1:1混合，然后加入200mL去离子水中配制成混合溶液，用超声波振动分散溶1h，并用1mol/L的盐酸调制PH值到2，将溶液转移至内胆为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，加热至170℃保温5天后，自然冷却到室温。（2）将反应釜中混合液倒出，过滤，用去离子水与酒精反复洗涤沉淀物数次，并在80℃的干燥箱中干燥。（3）将步骤（2）中的干燥后的粉末置于气氛炉中，在空气气氛下以9℃/min的升温速率快速加热到500℃，保温90min后，随炉子自然冷却到室温，取出产物研磨分散后得到掺钴的纳米氧化钨负极材料。电化学性能测试：①将在步骤(4)中得到的掺钴的纳米氧化钨粉末，和乙炔黑、聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比为8:1:1的比例称取置于玛瑙研钵中，滴加适量N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)研磨均匀；将其涂覆在Cu箔上，涂覆在Cu箔上的厚度为0.15mm，再置于真空干燥箱中90℃干燥24h，然后将极片取出，作为负极。②金属锂片作为负极和参比电极，聚丙烯微孔膜为隔膜，以1mol/LiPF6+EC/DMC/EMC为电解液，在充满氩气、水分含量低于2ppm的手套箱内，组装成CR2025不锈钢扣式电池；静置24h后测试其充放电性能。本实施例制备得到的掺钴的纳米氧化钨的XRD图片如图1所示，由图可以看出合成产物为WO3与CoO；本实施例制备得到的掺钴的纳米氧化钨透射电镜图片如图2所示；本实施例制备得到的掺钴的纳米氧化钨负极材料制备得到的锂离子电池的充放电曲线如图3所示，最大放电比容量为1548.655mAhg-1。实施例2本实施例所述掺钴的纳米氧化钨负极材料的制备方法，具体包括以下步骤：（1）将偏钨酸铵，硝酸钴与二甲基咪唑的按摩尔比为6:1:1混合，然后加入200mL去离子水中配制成混合溶液，用超声波振动分散溶2h，并用1.5mol/L的盐酸调制PH值到1，将溶液转移至内胆为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，并放入干燥箱加热，在160℃保温4天后，自然冷却到室温。（2）将反应釜中浊液倒出，过滤，用去离子水与酒精反复洗涤沉淀物数次，并在80℃的干燥箱中干燥。（3）将步骤（2）中的干燥后的沉淀置于气氛炉中，在空气气氛下以8℃/min的升温速率快速加热到550℃，保温60min后，随炉子自然冷却到室温，取出产物研磨分散后得到掺钴的纳米氧化钨负极材料。电化学性能测试：将在步骤（4）中得到的掺钛的纳米氧化钨粉末，按照实例1所述方法组装成CR2025扣式电池；静置24h后测试其充放电性能。本实施例制备得到的掺钴的纳米氧化钨负极材料制备得到的锂离子电池最大放电比容量为1266.065mAhg-1。实施例3本实施例所述掺钴的纳米氧化钨负极材料的制备方法，具体包括以下步骤：（1）将偏钨酸铵，硝酸钴与二甲基咪唑的按摩尔比为6:1:1混合，然后加入200mL去离子水中配制成混合溶液，用超声波振动分散溶1h，并用2mol/L的盐酸调制PH值到1，将溶液转移至内胆为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，并放入干燥箱加热，在180℃保温6天后，自然冷却到室温，随炉冷却到室温。（2）将反应釜中浊液倒出，过滤，用去离子水与酒精反复洗涤沉淀物数次，并在80℃的干燥箱中干燥。（3）将步骤（2）中的干燥后的沉淀置于微波炉中，在氩气气氛下以7℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺钴的纳米氧化钨负极材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）将偏钨酸铵、硝酸钴、二甲基咪唑加入去离子水中配制成混合溶液，然后用超声波发生器振动分散，并调节PH值到1~2；（2）将步骤（1）得到的混合液转移到反应釜中加热，在温度160~180℃下反应4~6天，然后自然降温至室温，取出混合液过滤、洗涤、干燥得到粉末状物质；（3）将步骤（2）中干燥后的粉末取出，在空气条件下快速升温至500~600℃，保温为1~2h，焙烧完成后，随炉冷却到室温。

【技术特征摘要】
1.一种掺钴的纳米氧化钨负极材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）将偏钨酸铵、硝酸钴、二甲基咪唑加入去离子水中配制成混合溶液，然后用超声波发生器振动分散，并调节PH值到1~2；（2）将步骤（1）得到的混合液转移到反应釜中加热，在温度160~180℃下反应4~6天，然后自然降温至室温，取出混合液过滤、洗涤、干燥得到粉末状物质；（3）将步骤（2）中干燥后的粉末取出，在空气条件下快速升温至500~600℃，保温为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张正富，刘警峰，易健宏，王立丽，冷崇燕，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53