一种钛锆基金属氧化物负极材料TilZrmMnOj的制备方法与流程

本发明涉及一种电池负极材料的制备方法，具体涉及一种钛锆基金属氧化物负极材料tilzrmmnoj的制备方法，并将该材料用作锂离子电池的负极材料。

背景技术：

1、随着锂离子电池技术在电动车行业、航空产业、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372mah/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。

2、近年来有许多研究tio2作为锂电池负极材料的报道，二氧化钛tio2凭借无毒无害、高活性、高电化学结构稳定性、更安全的工作电压等优势脱颖而出，然而在电池充放电过程中，由于电极与电解液接触面积小，往往导致锂离子嵌入-脱出动力学和tio2电化学性能大打折扣。

3、现有技术中过渡金属氧化物复合材料通常被认为是改善电极材料循环稳定性的有效方法。在许多金属氧化物电极材料的合成中，经常希望材料的各个金属氧化物在物相中的分散达到纳米级及离子量级，但目前利用一般的化合物混合反应的方法往往难于达到这一目的。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本专利申请公开一种新的材料合成方法，利用钛和/或锆的金属有机化合物与某些金属氧化物直接进行阴离子交换的方法合成的钛锆基金属氧化物负极材料tilzrmmnoj，能够把多种金属氧化物在离子量级复合在一起，从而提高材料的库仑容量、充放电速度和稳定性。

2、为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：一种钛锆基金属氧化物负极材料tilzrmmnoj的制备方法，其特征在于：s1：在无水条件下将钛酯和/或锆酯，一元醇和多元醇放入反应器中混合，搅拌均匀后将金属氧化物mox加入反应器中得到混合物浆体v；s2：将混合物浆体v密封入反应器中，然后放入烘箱中加热搅拌充分反应，然后过滤、干燥、研磨处理得到前驱体p；s3：将前驱体p置于高温炉中，在惰性气体氛围中煅烧处理，得到钛锆基金属氧化物负极材料tilzrmmnoj，其中 l、m、n和j表示化学剂量系数且l+m≠0。

3、作为优选，步骤s1中所述钛酯选自具有分子式ti(ocr1r2r3)4的钛酯，锆酯选自具有分子式zr(ocr1r2r3)4的锆酯，其中r1、r2、r3是不含氮、磷、硫的有机基团和氢原子，选自烷基、烯基、炔基、醚基、苯基的一种。

4、作为优选，步骤s1中所述多元醇是含有至少两个羟基的醇，选自乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、甘油中的一种或多种。

5、作为优选，步骤s1中所述一元醇选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的一种或多种。

6、作为优选，步骤s1中所述金属氧化物mox选自sno2、sb2o3、sb2o5、bi2o3、bi2o5、v2o5、fe2o3、 feo、co3o4、coo、nio、mn2o3、mno2、cu2o、cuo中的一种或多种。

7、作为优选，步骤s1中所述金属氧化物mox的用量以三种金属离子ti、zr和m离子数总和为100%计算，金属离子mn+的用量在0.10%至50%之间，其余的是钛和/或锆离子。

8、作为优选，步骤s1中所述反应温度选自60～200°c。

9、作为优选，步骤s1中优选自反应温度是100～200°c。

10、作为优选，步骤s1中所述反应温度选自160～200°c。

11、作为优选，步骤s3中所述煅烧温度选自350～800°c。

12、作为优选，步骤s3中所述惰性气体，选自高纯氮气、高纯氩气、高纯氦气一种或多种。

13、一种钛锆基金属氧化物-碳tilzrmmnoj-c正极材料，应用上述一种钛锆基金属氧化物负极材料tilzrmmnoj的制备方法制备的到，其特征在于：在步骤s1中所述的混合物浆体v中加入碳材料。

14、作为优选，所述碳材料选自石墨、活性碳、硬碳、软碳、碳纳米管、碳富勒烯、石墨烯和氧化石墨中的一种或多种

15、作为优选，所述碳材料选自经过高温（350到1500°c）处理后可以分解成碳的含碳元素的有机物、沥青、高分子化合物中的一种或多种。

16、作为优选，所述碳材料中碳元素与金属氧化物重量为0.5～99。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明所述的制备方法中采用一种新的化学反应，利用钛和/或锆的金属有机化合物与某些金属氧化物直接进行阴离子交换的方法，合成得到的钛锆基金属氧化物电极材料tilzrmmnoj中各个金属氧化物在物相中的分散达到纳米级及离子量级，提高电极材料的库仑容量、库仑效率和锂离子扩散速度。

技术特征：

1.一种钛锆基金属氧化物负极材料tilzrmmnoj的制备方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种钛锆基金属氧化物负极材料tilzrmmnoj的制备方法，其特征在于：步骤s1中所述钛酯选自具有分子式ti(ocr1r2r3)4的钛酯，锆酯选自具有分子式zr(ocr1r2r3)4的锆酯，其中r1、r2、r3是不含氮、磷、硫的有机基团和氢原子，选自烷基、烯基、炔基、醚基、苯基的一种。

3.根据权利要求1所述的一种钛锆基金属氧化物负极材料tilzrmmnoj的制备方法，其特征在于：步骤s1中所述多元醇是含有至少两个羟基的醇，选自乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、甘油中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种钛锆基金属氧化物负极材料tilzrmmnoj的制备方法，其特征在于：步骤s1中所述一元醇选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种钛锆基金属氧化物负极材料tilzrmmnoj的制备方法，其特征在于：步骤s1中所述金属氧化物mox选自sno2、sb2o3、sb2o5、bi2o3、bi2o5、v2o5、fe2o3、 feo、co3o4、coo、nio、mn2o3、mno2、cu2o、cuo中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种钛锆基金属氧化物负极材料tilzrmmnoj的制备方法，其特征在于：步骤s1中所述金属氧化物mox的用量以三种金属离子ti、zr和mn离子数总和为100%计算，金属离子mn+的用量在0.10%至50%之间，其余的是钛和/或锆离子。

7.根据权利要求1所述的一种钛锆基金属氧化物负极材料tilzrmmnoj的制备方法，其特征在于：步骤s1中所述反应温度选自60～200°c，优选自反应温度是100～200°c。

8.根据权利要求1所述的一种钛锆基金属氧化物负极材料tilzrmmnoj的制备方法，其特征在于：步骤s1中所述反应温度选自160～200°c。

9.根据权利要求1所述的一种钛锆基金属氧化物负极材料tilzrmmnoj的制备方法，其特征在于：步骤s3中所述煅烧温度选自350～800°c。

10.根据权利要求1所述的一种钛锆基金属氧化物负极材料tilzrmmnoj的制备方法，其特征在于：步骤s3中所述惰性气体，选自高纯氮气、高纯氩气、高纯氦气一种或多种。

11.一种钛锆基金属氧化物-碳tilzrmmnoj-c负极材料，应用权利要求1-9任意权利要求所述的一种钛锆基金属氧化物负极材料tilzrmmnoj的制备方法制备得到，其特征在于：在步骤s1中所述的混合物浆体v中加入碳材料。

12.根据权利要求10所述的一种钛锆基金属氧化物-碳tilzrmmnoj-c负极材料，其特征在于：所述碳材料选自石墨、活性碳、硬碳、软碳、碳纳米管、碳富勒烯、石墨烯和氧化石墨中的一种或多种。

13.根据权利要求10所述的一种钛锆基金属氧化物-碳tilzrmmnoj-c负极材料，其特征在于：所述碳材料选自经过高温350到1500°c处理后可以分解成碳的含碳元素的有机物、沥青、高分子化合物中的一种或多种。

14.根据权利要求10所述的一种钛锆基金属氧化物-碳tilzrmmnoj-c负极材料，其特征在于：所述碳材料中碳元素与金属氧化物重量为0.5～99。

技术总结
本发明涉及一种钛锆基金属氧化物负极材料Ti<subgt;l</subgt;Zr<subgt;m</subgt;M<subgt;n</subgt;O<subgt;j</subgt;的制备方法，步骤为：在无水条件下将钛酯和/或锆酯，一元醇和多元醇放入反应器中混合，搅拌均匀后将金属氧化物MO<subgt;x</subgt;加入反应器中得到混合物浆体V；将浆体V密封入反应器中，然后放入烘箱中加热搅拌充分反应，然后过滤、干燥、研磨处理得到前驱体P；将前驱体P置于高温炉中，在惰性气体氛围中煅烧处理，得到钛锆基金属氧化物负极材料Ti<subgt;l</subgt;Zr<subgt;m</subgt;M<subgt;n</subgt;O<subgt;j</subgt;。该方法利用钛和/或锆的金属有机化合物与某些金属氧化物直接进行阴离子交换的方法合成的钛锆基金属氧化物负极材料Ti<subgt;l</subgt;Zr<subgt;m</subgt;M<subgt;n</subgt;O<subgt;j</subgt;，能够把多种金属氧化物在离子量级复合在一起，从而提高材料的库仑容量、充放电速度和稳定性。

技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：浙江伏打科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15