一种钛基金属氧化物-碳锂离子电池负极材料的合成方法技术

在本发明专利技术中，用钛有机化合物与碳的复合体(Ti

【技术实现步骤摘要】
一种钛基金属氧化物
‑
碳锂离子电池负极材料的合成方法


[0001]本专利技术涉及一种钛基金属氧化物
‑
碳复合材料的合成方法，并把该材料用作锂离子电池的负极材料。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池技术在电动车行业、航空产业产品、电子设备方面等的运用日益增多，对锂离子电池的性能提出了更高的要求，而电极材料是提高锂离子电池性能的关键性因素。在负极材料方面，目前商业化的锂离子电池负极材料大多都是石墨，石墨的理论嵌锂容量为372m Ah/g，其结晶完整并具有高取向性，在锂离子嵌入和脱出的过程中，会产生10％左右的体积膨胀和收缩，其层状结构在循环过程中易被破坏。另外在循环过程中难免会有电解质溶剂共嵌于石墨层间，会产生气体膨胀，致使石墨片层剥落，造成活性物质不可逆损失以及固体电解质界面膜(SEI膜)的不断被破坏和重生，消耗锂离子，从而导致循环寿命缩短。由于全球锂矿资源存储数量有限，加之分布不均，锂矿价格不断攀升，导致锂电池成本高居不下，人们开始关注锂离子电池的替代品钠离子电池。
[0003]近年来有许多研究TiO2作为锂电池负极材料的报道，这些报道表明TiO2是一种具有潜力的锂电池基础负极材料。TiO2在地球上储量丰富、价格较低、无毒、对环境友好、在充放电时体积变化小（小于4%）、导锂离子性能好而且电子导电性随锂离子的嵌入而增强作为锂电池的负极材料，锐钛矿型 TiO
2 的理论容量为 335 mAg
‑
1 (以生成LiTiO2计算)。这一容量相对于目前锂离子电池市场对锂电池产品的要求仍然显得太低，有必要进一步提高它的容量和其它电化学性能。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术提供一种材料的合成方法，把以钛氧化物为主要成分兼含其它金属氧化物的复合金属氧化物与导电的碳材料添加剂复合在一起，制备出高性能的钛基金属氧化物
‑
碳锂离子电池负极材料，以及把该材料用作锂离子电池的负极材料。
[0005]本专利技术具体公开了一种钛基金属氧化物
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碳锂离子电池负极材料Ti
l
M
k
O
n
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C的制备方法其特征在于：步骤S1：将钛有机化合物、碳材料、其他金属化合物(MX
h
)、多元醇和分散剂混合加入到均相反应器中，搅拌发生聚合反应，形成带有碳材料的聚合物混合浆料，抽滤得到含钛离子和其它金属离子的金属有机聚合物Ti
l
M
k
L
m
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C （其中M表示其他金属原子，L表示配体）;步骤S2：将金属有机聚合物Ti
l
M
k
L
m
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C在惰性气氛下高温分解得到钛基金属氧化物
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碳锂离子电池负极材料Ti
l
M
k
O
n
‑
C。
[0006]优选的，所述的步骤S1中钛有机化合物选自钛酯（Ti(OCR1R2R3)4）（其中R1、R2、R3是烷基合氢原子）和乙酰丙酮氧化钛TiO(acac)
2 (acac是乙酰丙酮配体)的一种或多种组合。
[0007]优选的，所述步骤S1中碳材料选自石墨烯、碳纳米管（CNTs）、导电炭黑、石墨、软碳、硬碳中的一种。
A/g时，容量为200 mAh/g；在电流密度为0.10 A/g时，容量为280 mAh/g，结果表明材料具有优良的高速充放电能力。
[0022]实施例2在手套箱中，取0.2200 克 的CNTs (diameter 7
‑
13 nm) 、4.000克的钛酸四异丙酯、0.8800 克乙酰丙酮氧钒加于高压反应釜中，加入15.0克乙醇，在搅拌下加入5.0克的乙二醇，在160℃的环境中反应12 h，抽滤得固体Ti
l
V
k
L
m
‑
C，把抽滤后的固体放入管式炉中在氮气氛围条件下，在500℃煅烧4 h得材料Ti
l
V
k
O
n
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C，最后将制备的材料制成半电池，进行充放电测试。
[0023]称取0.8000克的材料Ti
l
V
k
O
n
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C，加入0.1003克的导电炭黑和3.3333克的含3.0%PVDF的NMP溶液，球磨30min得浆料，把浆料涂在铜箔上，涂覆厚度为30微米，在120℃下充有氮气氛的烘箱中烘干3h得极片，把极片做成半电池，然后测定容量。结果如图2和3所示，在电流密度为5.0 A/g时，容量为255 mAh/g；在电流密度为0.10 A/g时，容量为430 mAh/g。结果表明材料具有很高的容量密度和优良的高速充放电能力。
[0024]实施例3在手套箱中将0.3000g的CNTs（球磨过2h）、20ml的无水乙醇、2.0000g的异丙氧基钛、4.0000g的正丁醇锆，先依次加入反应釜中混合搅拌均匀后，最后加入4.0000g的乙二醇再搅拌均匀，再置于150℃均相反应器中，在10 r/min反应10h。冷却至室温，抽滤，并用乙醇洗三次(每次15ml)。然后将过滤后的固体放入管式炉中，在N2气氛中在550℃烧2h，冷却至室温后用研钵研磨,并且过200目的筛,得 Ti
l
Zr
k
O
n
‑
C负极材料。
[0025]在球磨罐中加入制备的材料（0.0240g），然后加入3wt%PVDF的NMP溶液(1.0000g)和导电炭黑(0.0300g)，使它们的质量比为8:1:1,然后在200r/min下球磨15min后得浆料，然后涂覆在铜箔上，涂覆厚度为60
µ
m,最后置于90℃的烘箱中烘2h，切片后在Ar氛围中120℃下干燥150min以去除水分，取出称取质量后，按照正极壳
‑
正极
‑
隔膜
‑
电解液
‑
锂片
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垫片
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弹片
‑
负极壳的顺序叠片做成电池，进行充放电测试，结果如图4和图5。结果表明材料具有优良的高速充放电能力。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛基金属氧化物
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碳锂离子电池负极材料Ti
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M
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C的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤S1：将钛有机化合物、碳材料、其它金属化合物(MX
h
)、多元醇和分散剂加入到反应器中，搅拌发生聚合反应，生成聚合物Ti
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C，经过抽滤得到含钛离子和其它金属离子的金属有机聚合物Ti
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C （其中M表示其它金属原子，L表示配体）；步骤S2：将金属有机聚合物Ti
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C在惰性气氛下高温分解得到钛基金属氧化物
‑
碳锂离子电池负极材料Ti
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C。2.根据权利要求1所述的一种钛基金属氧化物
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碳锂离子电池负极材Ti
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M
k
O
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C的制备方法，其特征在于所述的步骤S1中钛有机化合物选自钛酯（Ti(OCR1R2R3)4）（其中R1、R2、R3是烷基）或乙酰丙酮氧化钛TiO(acac)
2 (acac是乙酰丙酮配体)的一种。3.根据权利要求1所述的(Ti
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M
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O
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)
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C负极材料的制备方法，其特征在于，所述的碳材料选自石墨烯、碳纳米管（CNTs）、导电炭黑、石墨、软碳、硬碳中的一种。4.根据权利要求1所述的一种钛基金属氧化物
‑
碳锂离子电池负极材Ti
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M
k
O
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C的制备方法，其特征在于所述的步骤S1中，其他金属化合(MX
h
)为乙酰丙酮锆（Zr(acac)4）、锆酯（Zr(OCR1R2R3)4）、三氯氧化钒（VOCl3）、二氯氧化钒（VOCl2）、双（乙酰丙酮）氧化钒(VO(acac)2)、三氯一氧化钼(MoOCl3)、四氯一氧化钼(MoOCl4)、二氯二氧化钼(MoO2Cl2)、二（乙酰丙酮）氧化钼(MoO(acac)2)、乙酰丙酮双氧钼(MoO2(acac)2)、三氯氧化铌(NbOCl3)、三氯氧化钽(TaOCl3)、六氯化钨(WCl6)、五氯化钨(WCl5)、四氯化钨(WCl4)、二氯化钨(WCl2)、二氯二氧化钨（WO2Cl2）、四氯氧化钨(WOCl4) 中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClH零一M四三六，
申请(专利权)人：浙江伏打科技有限公司，
类型：发明
国别省市：