一种锂离子电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于电池负极材料制备技术领域，公开了一种锂离子电池负极材料及其制备方法，包括如下步骤：葡萄糖水溶液在150

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于电池负极材料制备
，具体涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]锂离子电池是较好的储能系统，但受限于传统石墨负极较低的理论容量和枝晶问题致使的安全问题，阻碍其进一步推广应用。TiO2作为一种典型的嵌锂型锂离子电池负极材料，虽然可以有效避免固体电解质膜的形成和枝晶的生长，从而避免安全问题的产生，且稳定的晶体结构，使其拥有成为高倍率长循环性能负极的可能。但是，TiO2负极具有较差的电导率，且倍率和循环性能远低于预期。目前，采用的改性方法主要包括纳米工程设计、碳包覆和异质原子掺杂。但是专利技术人发现，这些改性方法制得的电极材料的长循环性能仍有待提高。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法。拟通过结合纳米工程和异质原子掺杂的方法，通过发挥纳米工程和原子替换之间的协同效应，综合改善TiO2的电导率，从而改善电池倍率和循环性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]葡萄糖水溶液在150
‑
200℃下反应设定时间，充分冷却后，固液分离，将固体反复洗涤后，干燥，即得碳纳米微球；
[0008]将碳纳米微球超声分散在无水乙醇、钛酸四丁酯和氯化锡的混合溶液中，得反应溶液；
[0009]向反应溶液中滴加氨水，然后于45
‑
55℃，反应20
‑
30h；
[0010]将反应后的固体分离后，煅烧除去碳模板，获得目标产物材料。
[0011]第二方面，本专利技术提供一种锂离子电池负极材料，由所述制备方法制备而成。
[0012]上述本专利技术的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
[0013]制备得到的空心纳米球电池负极材料，纳米空心结构的存在，可以增加比表面积和反应活性位点，有助于电解液的浸润，进而有助于提高电极材料的电化学性能，尤其是长循环性能，如，优化的Ti
0.85
Sn
0.15
O2获得了优异的长循环性质，在3C电流密度下循环1100次后仍能保持314.6mAh/g。
[0014]纳米工程可以有效减小颗粒尺寸，缩短锂离子扩散路径，增加反应活性位点，提供反应动力学。异质原子替换可以有效调制晶体电子结构，改善本征电导率。因此结合纳米工程和原子替换策略是一种可行的锂离子电池改性方案。此外，TiO2‑
SnO2固溶体体系存在溶混间隙，调幅分解致使相分离可以在电化学过程中原位形成TiO2/SnO2异质结构。调幅分解
获得的异质结构拥有良好的两相界面，可以有效确保活性组分的结构稳定性。
附图说明
[0015]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0016]图1是本专利技术实施例1制备的Ti
0.85
Sn
0.15
O2球的SEM图；
[0017]图2是本专利技术实施例1制备的Ti
0.85
Sn
0.15
O2球的能谱图；
[0018]图3是本专利技术实施例1制备的Ti
0.85
Sn
0.15
O2球的充放电曲线；
[0019]图4是本专利技术实施例2制备的Ti
0.65
Sn
0.35
O2球的充放电曲线。
具体实施方式
[0020]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0021]第一方面，本专利技术提供了一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0022]葡萄糖水溶液在150
‑
200℃下(低聚糖之间发生脱水和交联反应)设定时间，充分冷却后，固液分离，将固体反复洗涤后，干燥，即得碳纳米微球；
[0023]将碳纳米微球超声分散在无水乙醇、钛酸四丁酯和氯化锡的混合溶液中，得反应溶液；
[0024]向反应溶液中滴加氨水，然后于45
‑
55℃，反应20
‑
30h；
[0025]将反应后的固体分离后，煅烧除去碳模板，获得目标产物材料。
[0026]钛酸四丁酯在水溶液中会迅速水解，选取酒精为溶剂，以氨水控制其水解程度，并在较低温度下反应，以获得预期的产物。
[0027]向反应溶液中滴加氨水后，温度过高氨水快速分解造成反应不均匀，温度过低则反应不能进行。
[0028]在一些实施例中，葡萄糖水溶液在150
‑
200℃下反应5
‑
8h。
[0029]优选的，葡萄糖水溶液的浓度为0.4
‑
0.8M，优选为0.4
‑
0.6M。
[0030]在一些实施例中，葡萄糖水溶液反应得到的固体采用酒精和去离子水反复洗涤2
‑
4次。采用酒精清洗主要是两方面作用，一是葡萄糖水热热解过程中会产生一些有机物，酒精起到清洗作用，再就是相比于去离子水，酒精易挥发，能缩短干燥时间。
[0031]在一些实施例中，所述反应溶液中，钛酸四丁酯的浓度为3.5
‑
4mmol；氯化锡的浓度为0.5
‑
3mmol。
[0032]在一些实施例中，所述煅烧的温度为450
‑
550℃，煅烧时间为1.5
‑
2.5h。
[0033]第二方面，本专利技术提供一种锂离子电池负极材料，由所述制备方法制备而成。
[0034]下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。
[0035]实施例1
[0036]一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0037]碳纳米微球模板的合成：
[0038]1)3.6g葡萄糖溶解到40mL去离子水配成0.5M的溶液。
[0039]2)将步骤(1)配制的溶液转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160℃下反应6h。
[0040]3)充分冷却后，离心，用酒精和去离子水反复洗涤数次，将获得的沉淀在60℃下干燥12h。
[0041]Ti
0.85
Sn
0.15
O2空心固溶体的制备：
[0042]1)20mg碳纳米微球模板超声分散15min到50mL无水乙醇、钛酸四丁酯和氯化锡的混合溶液中，混合溶液中，钛酸四丁酯为3.9mmol，氯化锡为0.688mmol；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：葡萄糖水溶液在150
‑
200℃下设定时间，充分冷却后，固液分离，将固体反复洗涤后，干燥，即得碳纳米微球；将碳纳米微球超声分散在无水乙醇、钛酸四丁酯和氯化锡的混合溶液中，得反应溶液；向反应溶液中滴加氨水，然后于45
‑
55℃，反应20
‑
30h；将反应后的固体分离后，煅烧除去碳模板，获得目标产物材料。2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：葡萄糖水溶液在150
‑
200℃下反应5
‑
8h。3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：葡萄糖水溶液的浓度为0.4
‑
0.8M。4.根据权利要求3所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：葡萄糖水溶液的浓度为0.4
‑
0.6M。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟彬，刘欢，李娜，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：