一种氯离子掺杂锂空位的改性钛酸锌锂负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种氯离子掺杂锂空位的改性钛酸锌锂负极材料及其制备方法，所述改性钛酸锌锂负极材料为Li

【技术实现步骤摘要】
一种氯离子掺杂锂空位的改性钛酸锌锂负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池负极材料
，具体涉及一种氯离子掺杂锂空位的改性钛酸锌锂负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]能源与环境问题一直是人们关心的热点问题，目前在不可再生能源的大量消耗及不可或缺的情况下，开发新能源早已成为全球性的研究重点。近几十年来，LIBs已成为电动汽车及电子设备的重要储能技术。然而，在锂离子二次电池(LIBs)高速发展的过程中，商业化的LIBs爆炸起火事件频有发生，开发一种高安全性的储能与动力电池材料已成为未来的重点研究方向之一。商业化的LIBs负极材料大多为碳负极材料，碳负极材料有着资源丰富、价格便宜等优点，但是常用的碳负极材料的嵌锂平台电压与锂的沉积电压很接近，易产生枝晶锂，从而引起电池短路，而硅基与锡基负极材料在充放电过程中会出现严重的体积膨胀影响电池的寿命。
[0003]钛基负极材料有着高安全性和良好的循环稳定性而成为目前负极材料的候选材料，特别是钛基负极材料中的钛酸锂负极材料，有着良好的循环性能及较好的倍率性能，但钛酸锌锂较低的理论比容量限制了其进一步大规模应用。相对于钛酸锌锂尖晶石型的钛酸锌锂负极材料具有理论比容量高、放电平台电压低、高安全和对环境友好等优势。其中钛酸锌锂有着较差的电子导电率，是目前研究者们的探究重点。
[0004]目前研究者主要通过表面改性、元素掺杂和形貌控制来提高其电化学性能。洪振生等人的“一种铜掺杂钛酸锌锂纳米粒子的制备方法及其应用”(CN105789580)提出铜掺杂钛酸锌锂提高了其容量，首圈放电比容量约为270mAh/g，由该专利的阻抗图可以看出铜掺杂的钛酸锌锂的电荷传输阻抗远远小于未掺杂铜的钛酸锌锂，可以看出铜掺杂后提高了钛酸锌锂的电子导电率，但是通过两步热处理方法得到铜掺杂的钛酸锌锂负极材料耗能较大，反应时间长，成本高，得到的钛酸锌锂结晶度不高，从而导致该材料的循环性能及循环稳定性较差。

技术实现思路

[0005]为了解决钛酸锌锂作负极材料电导率差以及循环稳定性差的技术问题，而提供一种氯离子掺杂锂空位的改性钛酸锌锂负极材料及其制备方法。本专利技术方法的氯离子掺杂锂空位的改性钛酸锌锂负极材料电阻小、容量高，具有较好的倍率性能。
[0006]为了达到以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种氯离子掺杂锂空位的改性钛酸锌锂负极材料，所述改性钛酸锌锂负极材料为Li
1.95
ZnTi3O8‑
x
Cl
x
/C复合材料，其中x的取值范围为0≤x＜0.1；优选地，x的取值范围为0.01≤x≤0.08，更优选地是0.03≤x≤0.05。
[0008]优选地，所述改性钛酸锌锂负极材料为Li
1.95
ZnTi3O
7.97
Cl
0.03
/C复合材料、
Li
1.95
ZnTi3O
7.95
Cl
0.05
/C复合材料、或Li
1.92
ZnTi3O
7.92
Cl
0.08
/C复合材料。
[0009]进一步地，所述改性钛酸锌锂负极材料中C的复合量为2
‑
5wt％。
[0010]上述氯离子掺杂钛酸锌锂负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0011](1)按照Ti、Zn、Li、Cl、O元素摩尔比3:1:1.95:x:(8
‑
x)称取原材料钛源、锌源、锂源和氯化铵，其中x的取值范围为0≤x＜0.1，然后加入碳源；先将钛源置于乙醇中分散研磨，然后依次加入剩余物料充分研磨以混合均匀，烘干后得到前体；
[0012](2)将所述前体置于管式炉中于750
‑
850℃烧结3
‑
8h后制得氯离子掺杂锂空位的改性钛酸锌锂负极材料。
[0013]进一步地，所述钛源为二氧化钛、硫酸钛、钛酸四丁酯中的一种或多种；所述锂源为碳酸锂；所述锌源为乙酸锌、硝酸锌中的一种或多种；所述碳源为柠檬酸、葡萄糖、蔗糖中的一种或多种。
[0014]进一步地，所述碳源的用量是所述原材料总质量的6
‑
10％。
[0015]进一步地，在所述管式炉中烧结的气氛为氩气气氛。
[0016]进一步地，所述烧结的温度为800℃、时间为5h。
[0017]有益技术效果：
[0018](1)本专利技术在钛酸锌锂材料中制造锂空位可以提高钛酸锌锂材料固有离子电导率，进一步提高钛酸锌锂的电化学性能，这是因为锂离子在充放电过程中通过空位来实现位置的交换，从而实现锂离子的扩散，而通过少量增加锂空位的方法可以适当提高锂离子的扩散速率，若过多的给予锂空位会导致材料晶格发生变化，甚至会导致材料结构的坍塌。
[0019](2)O2‑
离子半径为140pm，Cl
‑
离子半径为181pm，Cl
‑
取代O2‑
位置后会适当扩大晶体结构，但少量Cl
‑
掺杂不会导致晶格畸变，掺杂Cl
‑
之后会和Li
+
形成较强的结合能，这对提高改性钛酸锌锂负极材料的倍率性能和长循环稳定性能是有利的。
[0020](3)本专利技术方法操作极为简单，耗能低，成本低，能得到结晶度较好的改性钛酸锌锂负极材料，即Li
1.95
ZnTi3O8‑
x
Cl
x
/C复合材料(0≤x＜0.1)。锂空位可以提高离子电导率，进一步提高钛酸锌锂的电化学性能，而掺杂Cl
‑
之后的复合材料作为电极材料能够提高电池的倍率性能和长循环稳定性能，结果显示相对于纯样钛酸锌锂而言，本专利技术氯离子掺杂锂空位的改性钛酸锌锂负极材料用于锂离子电池时其放电比容量是纯样的一倍多，在100mA/g的电流密度下充放电比容量可高达340mAh/g。针对钛酸锌锂较差的离子导电率而言，本专利技术方法可以大幅提高容量及倍率性能，比容量大幅提高。
附图说明
[0021]图1为实施例1
‑
3及对比例1的产品XRD图。
[0022]图2为实施例3的产物Li
1.95
ZnTi3O
7.95
Cl
0.05
/C复合材料SEM图。
[0023]图3为实施例1
‑
3及对比例1的产品的阻抗图。
[0024]图4为实施例1
‑
3及对比例1的产品在100mA/g的电流密度下进行30圈的循环放电性能。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术的实施例和附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氯离子掺杂锂空位的改性钛酸锌锂负极材料，其特征在于，所述改性钛酸锌锂负极材料为Li
1.95
ZnTi3O8‑
x
Cl
x
/C复合材料，其中x的取值范围为0≤x＜0.1。2.根据权利要求1所述的一种氯离子掺杂锂空位的改性钛酸锌锂负极材料，其特征在于，所述改性钛酸锌锂负极材料为Li
1.95
ZnTi3O
7.97
Cl
0.03
/C复合材料、Li
1.95
ZnTi3O
7.95
Cl
0.05
/C复合材料、或Li
1.92
ZnTi3O
7.92
Cl
0.08
/C复合材料。3.根据权利要求1或2所述的一种氯离子掺杂锂空位的改性钛酸锌锂负极材料，其特征在于，所述改性钛酸锌锂负极材料中C的复合量为2
‑
5wt％。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的一种氯离子掺杂锂空位的改性钛酸锌锂负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋忠诚，邓超，孙丽侠，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：