一种铬钛基锂离子电池复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铬钛基锂离子电池复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将钛源和铬源溶解于无水乙醇的水溶液中，加入含有锂源的乙醇水溶液，搅拌，然后加入含有硝酸镍和钼酸钠的水溶液，搅拌，在140‑180℃反应24‑26h，冷却，过滤，得到前驱体；S2、将前驱体烘干，预烧，冷却，球磨，过筛，然后烧结，冷却，得到LiCrTiO4‑aNiMoO4材料；S3、将LiCrTiO4‑aNiMoO4材料溶解于去离子水中，超声分散，加入表面活性剂，搅拌，然后加入吡咯单体、盐酸和过硫酸铵水溶液，搅拌，过滤，干燥，得到铬钛基锂离子电池复合材料。

Preparation of a Composite Material for Chromium-Titanium Lithium Ion Batteries

【技术实现步骤摘要】
一种铬钛基锂离子电池复合材料的制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种铬钛基锂离子电池复合材料的制备方法。
技术介绍
随着不可再生能源的减少以及环境污染的加重，开发新型能源和环境友好型能源有着至关重要的意义。各种电子设备以及电动汽车、混合动力汽车的发展，对为其提供能量的锂离子电池提出了更高的要求。锂离子电池具有输出电压高、能量密度和功率密度大、循环寿命长等有点，被公认为最有希望的动力电池。目前商用锂离子电池负极材料大多采用各种嵌锂碳/石墨材料，但是，碳材料的嵌锂电位(0～0.26V)与金属锂的沉积电位很接近，当电池过充时，金属锂可能会在碳电极表面析出而形成锂枝晶，枝晶进一步生长，则可能刺穿隔膜，造成正负极相接，从而引起短路；此外，碳材料还存在首次充放电效率低、与电解液发生作用、存在明显的电压滞后现象、大电流充放电能力低等缺点。相比石墨，尖晶石钛酸锂Li4Ti5O12作为负极材料具有高的充放电平台(1.55V)，避免在电化学反应中锂枝晶的形成，确保了材料在电化学过程中的安全性，在电化学过程中Li4Ti5O12的体积几乎不发生变化，这些特性使之成为最有前途的负极材料之一。而钛酸锂中Ti的3d轨道为空轨道，带隙能量约为2V，这使得Li4Ti5O12负极材料成为绝缘体，严重限制了Li4Ti5O12材料的高倍率性能。对Li4Ti5O12进行阳离子掺杂改性，当3个Cr3+替换一个Li+和2个Ti4+后生产另一种化学计量的尖晶石材料Li3Cr3Ti3O12(LiCrTiO4)。LiCrTiO4负极材料同样具有尖晶石结构，具有稳定的充放电平台(约1.6V)，理论容量为157mAh·g-1，电化学性能优异。氧化物电极材料NiMoO4的电导率为10-6S·cm-1，在导电聚合物中聚吡咯可以通过简单的工艺直接在掺杂状态下合成，具有高导电性(P型)，导电率在10-100S·cm-1范围内，具有非常高的电荷密度，更好的充放电倍率性能以及在高达250℃时具有很好的热稳定性，对于提高锂离子电池的导电性能有着重要作用。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种铬钛基锂离子电池复合材料的制备方法，得到的材料颗粒粒径较小且分布均匀、结晶度高，在降低材料制备成本的同时，提高了材料的电化学性能。本专利技术提出的一种铬钛基锂离子电池复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将钛源和铬源溶解于无水乙醇的水溶液中，加入含有锂源的乙醇水溶液，搅拌，然后加入含有硝酸镍和钼酸钠的水溶液，搅拌，在140-180℃反应24-26h，冷却，过滤，得到前驱体；S2、将前驱体烘干，预烧，冷却，球磨，过筛，然后烧结，冷却，得到LiCrTiO4-aNiMoO4材料；S3、将LiCrTiO4-aNiMoO4材料溶解于去离子水中，超声分散，加入表面活性剂，搅拌，然后加入吡咯单体、盐酸和过硫酸铵水溶液，搅拌，过滤，干燥，得到铬钛基锂离子电池复合材料。优选地，S1中，将钛源和铬源溶解于无水乙醇的水溶液，在搅拌的条件下加入含有锂源的乙醇水溶液，磁力搅拌1-1.5h，然后加入含有硝酸镍和钼酸钠的水溶液，磁力搅拌1-1.5h，再在140-180℃反应24-26h，冷却至室温，过滤，得到前驱体；其中，锂源、铬源和钛源的摩尔比为1-1.5:0.8-1.2:0.8-1.2，硝酸镍与钼酸钠的摩尔比为1:1。优选地，锂源、铬源和钛源的摩尔比为1.25:1:1。优选地，S1中，钛源为钛酸四丁酯、钛酸四丙酯中的一种，铬源为九水硝酸铬、乙酸铬中的一种，锂源为一水氢氧化锂、硝酸锂、二水醋酸锂中的一种。优选地，S2中，将前驱体放置于80-85℃烘干，研磨后置于600-630℃预烧5.5-6h，冷却至室温，球磨2.5-3h，过筛，然后在800-840℃烧结11-12h，冷却至室温，得到LiCrTiO4-aNiMoO4材料。优选地，S3中，将LiCrTiO4-aNiMoO4材料溶解于去离子水中，超声分散3-3.5h，加入表面活性剂，搅拌12-13h，然后滴加吡咯单体、浓度为0.5-1.5mol/L的盐酸和浓度为3-5g/L过硫酸铵水溶液，冰水浴搅拌2-2.5h，过滤，在50-55℃干燥，得到铬钛基锂离子电池复合材料。优选地，S3中，LiCrTiO4-aNiMoO4材料、表面活性剂之间的质量比为40-60:0.8-1.2。优选地，S3中，LiCrTiO4-aNiMoO4材料和吡咯单体的质量体积比(kg/ml)为8-12:0.8-1.2。优选地，S3中，吡咯单体、盐酸、过硫酸铵水溶液体积比为0.03-0.07:0.45-0.55:36-44。优选地，S3中，表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的一种。优选地，S3中，铬钛基锂离子电池复合材料为亚微米级铬钛基锂离子电池复合材料，其化学式为LiCrTiO4-aNiMoO4@PPy，其中，0.083≤a≤0.333。本专利技术有益效果：(1)本专利技术利用该方法合成的材料颗粒粒径较小且分布均匀、分散性好、结晶度高；其中，聚吡咯(PPy)在复合材料中起到骨架支撑作用，LiCrTiO4-aNiMoO4填充在聚吡咯(PPy)构建的三维腔体内，完善了LiCrTiO4-aNiMoO4颗粒之间的空隙，进而使得整个复合材料物质分散均匀、致密，保持了电极结构的稳定和高导电性。(2)本专利技术中所得铬钛基锂离子电池复合材料具有良好的宽电位窗口可逆容量、优异的倍率性能和稳定的循环寿命，使得该材料具有很高的实际使用价值，可以有效满足锂离子电池各种应用的实际要求。(3)本专利技术铬钛基锂离子电池复合材料具有较高的放电容量和快速的充放电性能，提高了锂离子电池的能量密度和功率密度，并且所使用原材料廉价易得。(4)本专利技术降低了锂元素的使用量，从而降低了成本。附图说明图1为本专利技术实施例1中所得铬钛基锂离子电池复合材料的XRD图；图2为本专利技术实施例1中所得铬钛基锂离子电池复合材料的SEM图；图3为本专利技术实施例1中所得铬钛基锂离子电池复合材料在不同倍率下的充放电曲线图；图4为本专利技术实施例1中所得铬钛基锂离子电池复合材料在5C倍率下的循环曲线图。具体实施方式下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。实施例1本专利技术提出的一种铬钛基锂离子电池复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、称取12mol钛酸四丁酯和12mol九水硝酸铬溶解于无水乙醇的水溶液，在搅拌条件下加入含有15mol一水氢氧化锂的乙醇水溶液，磁力搅拌1h，然后加入含有2mol硝酸镍和2mol钼酸钠的水溶液，磁力搅拌1h，将混合溶液转移至不锈钢聚四氟乙烯反应釜中，将其放入烘箱在160℃反应24h，冷却至室温，将反应釜中的混合溶液进行过滤得到前驱体；S2、将前驱体放置于烘箱中，在80℃烘干，研磨后放于马弗炉中在600℃下预烧6h，冷却至室温，于球磨机中球磨3h，过筛，放置于马弗炉中于800℃下烧结12h，冷却至室温得到LiCrTiO4-0.167NiMoO4材料；S3、将500mgLiCrTiO4-0.167NiMoO4材料溶解于去离子水中，超声分散3h，加入10mg十二烷基磺酸钠，搅拌12h，向悬浮液中滴加0.05mL吡咯单体、0.5mL浓度为1mol/L的盐酸和40mL浓度为4g·L本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铬钛基锂离子电池复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将钛源和铬源溶解于无水乙醇的水溶液中，加入含有锂源的乙醇水溶液，搅拌，然后加入含有硝酸镍和钼酸钠的水溶液，搅拌，在140‑180℃反应24‑26h，冷却，过滤，得到前驱体；S2、将前驱体烘干，预烧，冷却，球磨，过筛，然后烧结，冷却，得到LiCrTiO4‑aNiMoO4材料；S3、将LiCrTiO4‑aNiMoO4材料溶解于去离子水中，超声分散，加入表面活性剂，搅拌，然后加入吡咯单体、盐酸和过硫酸铵水溶液，搅拌，过滤，干燥，得到铬钛基锂离子电池复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种铬钛基锂离子电池复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将钛源和铬源溶解于无水乙醇的水溶液中，加入含有锂源的乙醇水溶液，搅拌，然后加入含有硝酸镍和钼酸钠的水溶液，搅拌，在140-180℃反应24-26h，冷却，过滤，得到前驱体；S2、将前驱体烘干，预烧，冷却，球磨，过筛，然后烧结，冷却，得到LiCrTiO4-aNiMoO4材料；S3、将LiCrTiO4-aNiMoO4材料溶解于去离子水中，超声分散，加入表面活性剂，搅拌，然后加入吡咯单体、盐酸和过硫酸铵水溶液，搅拌，过滤，干燥，得到铬钛基锂离子电池复合材料。2.根据权利要求1所述铬钛基锂离子电池复合材料的制备方法，其特征在于，S1中，将钛源和铬源溶解于无水乙醇的水溶液，在搅拌的条件下加入含有锂源的乙醇水溶液，磁力搅拌1-1.5h，然后加入含有硝酸镍和钼酸钠的水溶液，磁力搅拌1-1.5h，再在140-180℃反应24-26h，冷却至室温，过滤，得到前驱体；其中，锂源、铬源和钛源的摩尔比为1-1.5:0.8-1.2:0.8-1.2，硝酸镍与钼酸钠的摩尔比为1:1；优选地，锂源、铬源和钛源的摩尔比为1.25:1:1。3.根据权利要求1或2所述铬钛基锂离子电池复合材料的制备方法，其特征在于，S1中，钛源为钛酸四丁酯、钛酸四丙酯中的一种，铬源为九水硝酸铬、乙酸铬中的一种，锂源为一水氢氧化锂、硝酸锂、二水醋酸锂中的一种。4.根据权利要求1-3中任一项所述铬钛基锂离子电池复合材料的制备方法，其特征在于，S2中，将前驱体放置于80-85℃烘干，研磨后置于600-630℃预烧5.5-6h，冷却至室温，球磨2.5-3h，过筛，然后在80...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩明凯，姚汪兵，
申请(专利权)人：南京国轩电池有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32