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一種鋰離子電池用負極材料及其制備方法_2

文檔序號:9305776閱讀:來源:國知局
步驟D、將步驟C中所得熱處理產(chǎn)物冷卻至室溫,研磨5min,然后再轉(zhuǎn)移至通有N2的管式爐中進行煅燒5h,煅燒溫度為650°C ;
步驟E、煅燒后至爐溫降到室溫,研磨5min,得到所述尖晶石型Li2ZnTi3O8OC-N產(chǎn)品。
[0021]圖1是所制備產(chǎn)品的XRD圖,從圖中可以看出所有的衍射峰都可以歸屬于純相尖晶石型Li2ZnTi3O8,說明本發(fā)明方法可以制備出純相Li2ZnTi3Ost3另外,并未發(fā)現(xiàn)碳的相關衍射峰,說明碳層很薄。
[0022]圖2是所制備廣品的TEM圖,從圖中可以看出碳層的存在,碳的存在有利于提尚材料的電子導電能力。
[0023]圖3是所制備產(chǎn)品在0.2A *g 1電流密度下的充放電曲線圖,材料在此電流下的放電比容量可達434mAh.g、
[0024]實施例2
參見圖4?6,一種鋰離子電池用負極材料,所述的負極材料的分子式為Li2ZnTi3O8OC-N,由鋰鹽、鋅源以及鈦源按照物質(zhì)的量比nu: nZn: nTl= 2.4: I: 3混合燒結(jié)而成,所述鋅源為含有Zn、C和N元素的多孔MOF材料。
[0025]所述鋰鹽為L1H.H2O和LiN0j9混合鋰鹽。 所述的多孔腸?材料為2正-8,分子式為211(16頂)2.(DMF).(H2O)3, sod拓撲結(jié)構(gòu)。
[0026]所述鈦源為MIL-125(Ti)和金紅石型1102的混合,所述的MIL_125(Ti)分子式為Ti8O8(OH)4-(O2C-C6H4-CO2)6O
[0027]上述的負極材料的制備方法,包括如下步驟:
步驟A、將L1H.H2O和LiNOj^J混合鋰鹽、ZIF-8以及MIL-125 (Ti)和金紅石型T12球磨混合2h得到前驅(qū)物,其中按照物質(zhì)的量計算,: n Zn: nTi=2.4: I: 3 ;
步驟B、將步驟A中所得前驅(qū)物放置在烘箱中干燥3h,所述烘箱的溫度為120°C ;
步驟C、將步驟B中干燥后的干燥物轉(zhuǎn)移至通有N2的管式爐中于200°C的溫度熱處理3h和600°C的溫度熱處理4h得到熱處理產(chǎn)物;
步驟D、將步驟C中所得熱處理產(chǎn)物冷卻至室溫,研磨5min,然后再轉(zhuǎn)移至通有N2的管式爐中進行煅燒3h,煅燒溫度為750°C ;
步驟E、煅燒后至爐溫降到室溫,研磨6min,得到所述尖晶石型Li2ZnTi3O8OC-N產(chǎn)品。
[0028]圖4是所制備產(chǎn)品的XRD圖,從圖中可以看出所有的衍射峰都可以歸屬于純相尖晶石型Li2ZnTi3O8,說明本發(fā)明方法制備的材料為純相Li2ZnTi3O813另外,并未發(fā)現(xiàn)碳的相關衍射峰,說明碳很少。
[0029]圖5是所制備廣品的TEM圖,從圖中可以看出碳層的存在,碳的存在有利于提尚材料的電子導電能力。
[0030]圖6是產(chǎn)品在IA.g 1電流下的循環(huán)性能圖,第一次放電比容量為255mAh.g \第二次放電比容量為188mAh.g \循環(huán)200次的容量保持率為86% (相對于第二次)。
[0031]實施例3
參見圖7?9,一種鋰尚子電池用負極材料,所述的負極材料的分子式為Li2ZnTi3O8OC-N,由鋰鹽、鋅源以及鈦源按照物質(zhì)的量比nu: nZn: nTl= 2.4: I: 3混合燒結(jié)而成,所述鋅源為含有Zn、C和N元素的多孔MOF材料。
[0032]所述鋰鹽為L1H.H2O和LiN0j9混合鋰鹽。 所述的多孔腸?材料為2正-8,分子式為211(16頂)2.(DMF).(H2O)3, sod拓撲結(jié)構(gòu)。
[0033]所述鈦源為NH2-MIL-125 (Ti)和金紅石型1102的混合,所述的NH2_MIL_125 (Ti)分子式為 Ti8O8 (OH) 4- (O2C-C6H4-NH2-CO2) 6。
[0034]上述的負極材料的制備方法,包括如下步驟:
步驟 A、將 L1H.H2O 和 LiNO^混合鋰鹽、ZIF-8、NH 2-MIL-125 (Ti)和金紅石型 T12球磨混合2h得到前驅(qū)物,其中按照物質(zhì)的量計算,: n Zn: nTi=2.4: I: 3 ;
步驟B、將步驟A中所得前驅(qū)物放置在烘箱中干燥4h,所述烘箱的溫度為120°C ;
步驟C、將步驟B中干燥后的干燥物轉(zhuǎn)移至通有N2的管式爐中于250°C的溫度熱處理4h和600°C的溫度熱處理4h得到熱處理產(chǎn)物;
步驟D、將步驟C中所得熱處理產(chǎn)物冷卻至室溫,研磨5min,然后再轉(zhuǎn)移至通有N2的管式爐中進行煅燒3h,煅燒溫度為700°C ;
步驟E、煅燒后至爐溫降到室溫,研磨5min,得到所述尖晶石型Li2ZnTi3O8OC-N產(chǎn)品。
[0035]圖7是所制備產(chǎn)品的XRD圖,從圖中可以看出所有的衍射峰都可以歸屬于純相尖晶石型Li2ZnTi3O8, XRD圖中并未發(fā)現(xiàn)碳的相關衍射峰,說明碳很少。
[0036]圖8是所制備廣品的TEM圖,從圖中可以看到碳的存在,而且材料顆粒為納米級而且分布較均勻。
[0037]圖9是所制備產(chǎn)品在3A.g1電流下的循環(huán)性能圖,第一次放電比容量可達225mAh.g \第二次放電比容量為166.7mAh.g \循環(huán)200次的容量保持率為87% (相對于第二次)。
[0038]實施例4
參見圖10?11,一種鋰離子電池用負極材料,所述的負極材料的分子式為Li2ZnTi3O8OC-N,由鋰鹽、鋅源以及鈦源按照物質(zhì)的量比nu: nZn: nTl=2: I: 3混合燒結(jié)而成,所述鋅源為含有Zn、C和N元素的多孔MOF材料。
[0039]所述鋰鹽為CH3COOLi.2Η20。
所述的多孔MOF材料為ZIF-1,分子式為Zn (IM) 2.(Me2NH),crb拓撲結(jié)構(gòu)。
[0040]所述鈦源為NH2-MIL-125 (Ti),分子式為 Ti8O8 (OH) 4- (O2C-C6H4-NH2-CO2) 6。
[0041 ] 上述的負極材料的制備方法,包括如下步驟:
步驟A、將CH3COOLi.2H20鋰鹽、ZIF-1、NH2_MIL_125 (Ti)研磨混合Ih得到前驅(qū)物,其中按照物質(zhì)的量計算,nL1: η Ζη: n Ti= 2: I: 3 ;
步驟B、將步驟A中所得前驅(qū)物放置在烘箱中干燥8h,所述烘箱的溫度為100°C ;
步驟C、將步驟B中干燥后的干燥物轉(zhuǎn)移至通有N2的管式爐中于500°C的溫度熱處理6h得到熱處理產(chǎn)物;
步驟D、將步驟C中所得熱處理產(chǎn)物冷卻至室溫,研磨3min,然后再轉(zhuǎn)移至通有N2的管式爐中進行煅燒4h,煅燒溫度為620°C ;
步驟E、煅燒后至爐溫降到室溫,研磨3min,得到所述尖晶石型Li2ZnTi3O8OC-N產(chǎn)品。
[0042]圖10是所制備產(chǎn)品的XRD圖,從圖中可以看出所有的衍射峰都可以歸屬于純相尖晶石型Li2ZnTi3O8,說明此工藝可以制備純相的Li2ZnTi30s。
[0043]圖11是所制備產(chǎn)品在不同電流下的循環(huán)性能圖,材料在2.4A.g 1電流下仍能達至Ij 200mAh.g 1左右的比容量,當電流重新降低到0.4A.g \比容量達到330mAh.g 1左右,材料表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能。
[0044]實施例5
參見圖12?13,一種鋰尚子電池用負極材料,所述的負極材料的分子式為Li2ZnTi3O8OC-N,由鋰鹽、鋅源以及鈦源按照物質(zhì)的量比nu: nZn: nTl=2.5: I: 3混合燒結(jié)而成,所述鋅源為含有Zn、C和N元素的多孔MOF材料。
[0045]所述鋰鹽為Li2C03、CH3COOLi.2H20和LiF的混合鋰鹽。
所述的多孔MOF材料為ZIF-70,分子式為Zn(Im)hl3(InM)as7, gme拓撲結(jié)構(gòu)。
[0046]所述鈦源為MIL-125 (Ti)、銳鈦礦型二氧化鈦和金紅石型二氧化鈦的混合,所述的MIL-125 (Ti)分子式為 Ti8O8 (OH) 4- (O2C-C6H4-CO2) 6。
[0047]上述的負極材料的制備方法,包括如下步驟:
步驟 A、將 Li2C03、CH3COOLi.2H20 和 LiF 的混合鋰鹽、ZIF-70、MIL-125 (Ti)、銳鈦礦型二氧化鈦和金紅石型二氧化鈦的攪拌混合5h得到前驅(qū)物,其中按照物質(zhì)的量計算,nLl:nZn: n Ti= 2.5:1: 3 ;
步驟B、將步驟A中所得前驅(qū)物放置在烘箱中干燥15h,所述烘箱的溫度為60°C ;
步驟C、將步驟B中干燥后的干燥物轉(zhuǎn)移至通有N2的管式爐中于450°C預燒lh,再接著以600°C的溫度熱處理3h得到熱處理產(chǎn)物;
步驟D、將步驟C中所得熱處理產(chǎn)物冷卻至室溫,研磨lOmin,然后再轉(zhuǎn)移至通有隊的管式爐中進行煅燒lh,煅燒溫度為750°C ;
步驟E、煅燒后至爐溫降到室溫,研磨lOmin,得到所述尖晶石型Li2ZnTi3O8OC-N產(chǎn)品。
[0048]圖12是所制備產(chǎn)品的XRD圖,從圖中可以看出所有的衍射峰都可以歸屬于純相尖晶石型Li2ZnTi3O8,說明此工藝可以制備純相的Li2ZnTi30s。
[0049]圖13是所制備產(chǎn)品在不同電流下的循環(huán)性能圖,材料在0.4A.g 1電流下循環(huán)10次放電比容量達到213mAh.g \當電流增加到2.4A.g 比容量超過180mAh.g \當電流重新降低為0.4A.g \比容量仍在210mAh.g 1以上,材料表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能。
[0050]實施例6
參見圖14?15,一種鋰離子電池用負極材料,所述的負極材料的分子式為Li2ZnTi3O8OC-N,由鋰鹽、鋅源以及鈦源按照物質(zhì)的量比nu: nZn: nTl=2.0: I: 3混合燒結(jié)而成,所述鋅源為含有Zn、C和N元素的多孔MOF材料。
[0051]所述鋰鹽為L1H.H2O和Li2CO^混合鋰鹽。
所述的多孔MOF材料為ZIF-4,分子式為Zn (IM) 2.(DMF).(H2O),cag拓撲結(jié)構(gòu)。
[0052]所述鈦源為MIL-125 (Ti)和金紅石型二氧化鈦的混合,所述的MIL-125 (Ti)分子式為 Ti8O8 (OH) 4- (O2C-C6H4-CO2) 6。
[0053]上述的負極材料的制備方法,包括如下步驟:
步驟A、將L1H.H2O和1^20)3的混合鋰鹽、ZIF-4、MIL-125 (Ti)和金紅石型二氧化鈦的攪拌混合4h得到前驅(qū)物,其中按照物質(zhì)的量計算,: n Zn: n Ti= 2.0:1:3;
步驟B、將步驟A中所得前驅(qū)物放置在烘箱中
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