/c锂离子电池负极材料的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种新型锂离子电池负极材料的制备方法及其应用，属于储能材料与电化学电源领域。
技术背景
[0002]锂离子电池因具有工作电压高、比能量大、环境友好等优点成为一种理想的化学电源，不仅广泛应用于手机、手提电脑等便携式电子设备中，而且越来越多的应用在大型储能设备和电动汽车等领域。负极材料是锂离子电池的重要组成部分，随着电动汽车的深度发展以及电子设备小型化和微型化程度越来越高，目前商业化的石墨材料已经很难满足需求。新型高性能锂离子电池负极材料的研发显得尤为迫切。
[0003]Li3VO4是一种新型高性能锂离子电池负极材料，相比商业化的碳材料不仅有更高的比容量、安全的充放电电位，而且合成方法简便，成本低廉，有望代替碳材料成为下一代高性能锂离子电池负极材料。然而，Li3VO4电子导电性较差，使得其电化学性能不理想。目前，改善其电化学性能的主要方法主要有以下三种:将Li3VO4与碳材料复合来增强其导电性，提高其电化学性能；细化Li3VO4颗粒，缩短锂离子扩散路径，改善其电化学性能；将Li3VO4原位生长在导电基质上，增强其导电性和结构稳定性，提升其电化学性能。研究表明，掺杂金属离子能有效提高材料的导电性。目前，关于金属离子掺杂Li3VO4复合材料作为锂离子电池负极材料的研究尚未见报道。基于以上背景，本专利发明一种有效方法制备一种铬掺杂Li3V04/C锂离子电池负极材料，以其作为锂离子电池负极显示出较高的比容量和优异的循环稳定性。
[0004]发明目的
[0005]本发明的目的在于提供一种铬掺杂Li3V04/C锂离子电池负极材料的制备方法，产品提高了电极材料的电化学性能，工艺简单，适合工业化生产。具体是以锂源、钒源、铬源、六次甲基四胺为原料，以柠檬酸为碳源，通过水热法结合随后的热处理工艺制备出铬掺杂Li3V04/C锂离子电池负极材料。其原理就是利用中间液相增强有机碳源、Cr源与前驱体的均匀混合，通过前驱体的结晶过程诱导有机碳源分子导向吸附，在烧结过程中，原位碳化、Li3VO4生成、Cr掺杂同时进行，最终得到Cr掺杂Li3VO4与C在微观尺度均匀复合的Li3V04/C锂离子电池负极材料。
[0006]本发明所涉及的铬掺杂Li3V04/C合成原料为锂源、铬源、钒源、六次甲基四胺、碳源。材料制备过程中，将锂源、铬源、钒源按摩尔比为L1: Cr: V = 3: X: (1-X) (0<x<0.1)投料置于容器中，然后加入适量的六次甲基四胺和去离子水充分搅拌;将搅拌均匀的溶液于90?120°C下水热反应8?12小时，自然冷却得到前驱体液体;随后向前驱体液体中弓丨入适量的碳源，搅拌均匀，在60°C烘箱中烘干;最后将烘干的料在氮气氛围中400?700°C烧结5小时，冷却便得到铬掺杂Li 3V04/C粉体。
[0007]本发明所涉及的Li3V04/C负极材料及制备方法具有以下几个显著特点:
[0008](I)合成方法简单，重复性好；
[0009](2)所制备样品中铬掺杂Li3V04/C为均匀的纳米颗粒，尺寸在200nm左右；
[0010](3)所制备铬掺杂Li3V04/C作为锂离子电池负极材料，具有较高充、放电容量和优异的循环性能。
【附图说明】
[0011]图1实施例1所制备样品的SEM图；
[0012]图2实施例1所制备样品的首次充、放电曲线(a)和(b)循环性能图；
[0013]图3实施例2所制备样品的首次充、放电曲线(a)和(b)循环性能图；
[0014]图4实施例3所制备样品的首次充、放电曲线(a)和(b)循环性能图。
【具体实施方式】
[0015]实施例1
[0016]称取0.1mmol九水硝酸络、0.95mmol五氧化二fj1、3mmol草酸锂和5mmol六次甲基四胺至烧杯中，加适量去离子水搅拌均匀，将搅拌后的溶液转移至水热斧内胆中，在120°C条件下反应5小时，冷却后将反应所得溶液转移至烧杯中并加入0.05g柠檬酸，充分搅拌后烘干。将烘干产物放置于坩祸中，并将坩祸移入高温管式炉中，在550°C，氮气条件下烧结5小时，自然冷却便得到铬掺杂Li3V04/C样品。所制备的样品经SEM分析，如图1所示，样品由大量的纳米颗粒组成，平均尺寸在200nm左右。将实施例1所得的材料按如下方法制成纽扣电池:将制得的铬掺杂Li3V04/C样品与乙炔黑和聚偏氟乙烯按重量比为8:1:1的比例混合，以N-甲级吡咯烷酮为溶剂制成浆料，涂覆在ΙΟμπι厚度的铜箔上，在60°C下干燥，待干燥后裁剪成14mm的圆片，在120°C下真空干燥12h。以金属锂片为对电极，Celgard膜为隔膜，溶解有LiPF6(ImoI/L)的EC+DEC(体积比为1:1)的溶液为电解液，在氩气保护的手套箱中组装成CR2025型电池。电池组装完后静置8h，再用CT2001A电池测试系统进行恒流充放电测试，测试电压为3?0.02V。图2表明，实施例1所制备的铬掺杂Li3V04/C作为锂离子电池负极首次充、放电容量分别为542和660 mAh/g，100次循环之后充、放电容量均为447和448mAh/g，显示了较高的比容量和较好的循环稳定性。
[0017]实施例2
[0018]称取0.1mmoI乙酸络、1.9mmol偏f凡酸钱、6mmol醋酸锂和5mmol六次甲基四胺至烧杯中，加适量去离子水搅拌均匀，将搅拌后的溶液转移至水热斧内胆中，在140°C条件下反应5小时，冷却后将反应所得溶液转移至烧杯中并加入0.05g葡萄糖，充分搅拌后烘干。将烘干产物放置于坩祸中，并将坩祸移入高温管式炉中，在550°C，氮气条件下烧结5小时，自然冷却便得到铬掺杂Li3V04/C样品。以所制备的样品为负极，按实施例1中步骤制备成纽扣电池并对其电化学性能进行分析。如图3所示，实施例2所制备的铬掺杂Li3V04/C复合材料作为锂呙子电池负极首次充、放电容量分别为582和788mAh/g，100次循环之后充、放电容量分别为488和490mAh/g，显示了较高的比容量和较好的循环稳定性。
[0019]实施例3
[0020]称取0.1mmoI九水硝酸络、1.9mmol偏f凡酸钱、3mmol碳酸锂和5mmol六次甲基四胺至烧杯中，加适量去离子水搅拌均匀，将搅拌后的溶液转移至广口瓶中，在160°C条件下反应5小时，冷却后将反应所得溶液转移至烧杯中并加入0.05g蔗糖，充分搅拌后烘干。将烘干产物放置于坩祸中，并将坩祸移入高温管式炉中，在550°C，氮气条件下烧结5小时，自然冷却便得到铬掺杂Li3V04/C样品。按实施例1中步骤制备成纽扣电池并对其电化学性能进行分析。如图4所示，实施例3所制备的铬掺杂Li3V04/C复合材料作为锂离子电池负极首次充、放电容量分别为540和682mAh/g，100次循环之后充、放电容量分别为429和431mAh/g，显示了较高的比容量和良好的循环稳定性能。
【主权项】
1.一种铬掺杂Li3V04/C锂离子电池负极材料，特征在于其名义组成式为Li3CrxV1-XOVC，其中Cr掺杂量的范围为0〈x〈0.1。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，特征在于:锂源、铬源、钒源按摩尔比为1^:0:￥ = 3^:(11)，(^〈0.1投料置于容器中，然后加入适量的六次甲基四胺和去离子水充分搅拌;将搅拌均匀的溶液于90?120°C下水热反应8?12小时，自然冷却得到前驱体液体;随后向前驱体液体中引入适量的碳源，搅拌均匀，在60°C烘箱中烘干;最后将烘干的料在氮气氛围中400?700°C烧结5小时，冷却便得到铬掺杂Li3V04/C粉体。3.根据权利要求2所述的铬掺杂Li3V04/C锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，锂源为碳酸锂、草酸锂、醋酸锂、氢氧化锂中的一种;钒源为五氧化二钒、偏钒酸铵中的一种;碳源为柠檬酸、葡萄糖、蔗糖中的一种;铬源为九水硝酸铬、乙酸铬中的一种。
【专利摘要】本发明涉及一种铬掺杂Li3VO4/C锂离子电池负极材料，组成式为Li3CrxV1-xO4/C，其中Cr掺杂量的范围为0<x<0.1。的锂离子电池负极材料的制备方法，以锂源、铬源、钒源按摩尔比为Li:Cr:V＝3:x:(1-x)，0<x<0.1投料置于容器中，然后加入适量的六次甲基四胺和去离子水充分搅拌；将搅拌均匀的溶液于90～120℃下水热反应8～12小时，自然冷却得到前驱体液体；随后向前驱体液体中引入适量的碳源，搅拌均匀，在60℃烘箱中烘干；最后将烘干的料在氮气氛围中400～700℃烧结5小时，冷却便得到铬掺杂Li3VO4/C粉体。合成方法简单，重复性好；所制备样品中铬掺杂Li3VO4/C为均匀的纳米颗粒，尺寸在200nm左右；所制备铬掺杂Li3VO4/C作为锂离子电池负极材料，具有较高充、放电容量和优异的循环性能。
【IPC分类】H01M4/139, B82Y40/00, H01M4/583, H01M4/485, H01M10/0525, B82Y30/00
【公开号】CN105552358
【申请号】CN201610075854
【发明人】倪世兵, 张继成, 唐俊, 杨学林
【申请人】三峡大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年2月3日