Sfc鋰離子電池負極材料及其制備方法
【專利說明】—種納米Mo02-MoSe2@SFC鋰離子電池負極材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于新材料和電化學領(lǐng)域，具體涉及一種可充放電鋰離子電池負極材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，迫于環(huán)境的壓力，儲能器件鋰離子電池正逐漸占領(lǐng)消費市場，并不斷擴大其應用領(lǐng)域，除一些智能以及便攜式電子設備外，對電動車、電動汽車等一些大型設備的應用也提上日程，與此同時，對鋰離子電池的儲鋰性能也提出了更高的要求。負極材料作為鋰離子電池重要的組成部分，研究者更傾向于對碳基負極材料的探索。部分研究學者出于對環(huán)境及其天然有利物理化學性質(zhì)的考慮，對從植物廢料獲得的重要組成部分，如稻殼、櫻桃核、橄欖核、紅樹林、棉絨、花生殼、人類頭發(fā)，對其進行了處理，并對其用作鋰離子電池負極材料進行了研究。
[0003]廣西特產(chǎn)劍麻纖維具有產(chǎn)量豐富易獲得、天然多孔利活化、綠色能源成本低、化學性能穩(wěn)定等特點，可作鋰離子電池負極材料的原材料。然而在實際應用中，劍麻纖維炭仍然存在首次庫倫效率低、可逆容量無法滿足時代的發(fā)展要求。對其進行改性處理被認為是一種可行的途徑。二氧化鉬，特別是納米尺寸的二氧化鉬，作為過渡金屬氧化物一種，具有低的電阻率、較高的電化學活性以及較高的穩(wěn)定性，被認為是一種有前景的鋰離子電池負極材料。對于砸化鉬來說，目前的研究大多集中在合成二維層狀的砸化鉬，關(guān)于三維結(jié)構(gòu)的砸化鉬卻鮮有報道。
[0004]本發(fā)明利用兩相鉬基化合物與劍麻纖維炭進行復合，一方面利用分散相獨特的物理化學性質(zhì)，另一方面利用基體的多孔結(jié)構(gòu)彌補分散相單獨用作鋰離子電池負極材料的缺陷問題，以求能達到良好的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種可逆容量、充放電倍率性能較好、循環(huán)穩(wěn)定性較好的Mo02-MoSe2iSFC鋰離子電池負極材料及制備方法。
[0006]本發(fā)明獲得的納米Mo02-MoSe2@SFC鋰離子電池負極材料在組成、結(jié)構(gòu)和形貌上的特點為:所述納米Mo02-MoSe2@SFC鋰離子電池負極材料中包括Mo02、MoSe2和劍麻纖維炭。所述Mo02 (六方晶系，JCPDS，77-1715)和MoSe2 (單斜晶系，JCPDS，32-0671)在納米Mo02-MoSe2iSFC鋰離子電池負極材料中呈兩種形態(tài)，分別為粒徑約10nm的顆粒狀結(jié)構(gòu)以及粒徑約15nm、長達150nm左右的蠕蟲狀結(jié)構(gòu)，并均勻地分散在具有多級孔隙結(jié)構(gòu)的劍麻纖維炭的表面及孔內(nèi)。
[0007]納米Mo02-MoSe2@SFC鋰離子電池負極材料的制備方法步驟如下:
(1)劍麻纖維炭的獲得:將預處理過的劍麻纖維在管式氣氛爐子進行炭化、球磨、過篩，炭化溫度600-1000°C，保溫時間為0.5-2小時，升溫速率為1_10°C /min,球磨速率的400r/min，球磨時間為6-12小時，過篩為200目篩。
[0008](2)配置溶液:將0.39-1.56g的鉬源和0.035-0.14g砸源加入到70mL去離子水中，待形成無色透明溶液時，加入0.5-0.64g步驟(1)所得的劍麻纖維炭，攪拌15-20分鐘時間后，加入0.5-lmL的分析純聚乙二醇400，繼續(xù)攪拌15-20分鐘，加入2-10mL質(zhì)量百分比濃度為80%的水合肼，持續(xù)攪拌過夜，此懸浮液記為A懸浮液。
[0009](3)水熱反應:將A懸浮液轉(zhuǎn)入到不銹鋼反應釜中在120-180°C反應12_48小時，反應結(jié)束后進行抽濾分離，并用去離子水和無水乙醇進行沖洗，后置于真空干燥箱中60°C干燥12-24小時，后得到前驅(qū)體產(chǎn)物B。
[0010](4)熱處理:將前驅(qū)體產(chǎn)物B在N2保護氛圍中于管式爐中先以l-3°c /min升溫速率升至200°C，保溫0.5-1小時，后以5-10°C /min升溫至800°C，保溫0.5-1小時，升溫程序終止后隨爐子冷卻至室溫取出，得到納米MO02-MOSe2@SFC鋰離子電池負極材料粉體。
[0011](5)制作極片:將步驟(4)所得的負極材料粉體與乙炔黑和聚偏氟乙烯(PVDF)按質(zhì)量比為8:1:1或者90:2:8的比例混合，加入級別為分析純的溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)，攪拌均勻至糊狀，均勻涂抹在厚度為5-20 μπι的銅箔上，先于40-60°C條件下烘干，再于100-120°C條件下真空干燥12小時，沖制成直徑為16_的圓形極片。
[0012](6)電池組裝:以鋰片對電極，步驟(5)得到的圓形極片為工作電極，微孔聚丙烯膜為隔膜，lmol/L的LiPF6/EC(碳酸乙烯酯)+ DMC(碳酸二甲酯)+ DEC (碳酸二乙酯)作為電解液(電解液中LiPF6為溶質(zhì)，溶劑EC+DMC +DEC的體積比為1:1:1)，在充滿高純氬氣的的手套箱中組裝成CR2025型紐扣模擬電池，并進行封口。
[0013](7)測試:將步驟(6)組裝好的電池放置12-24小時后進行電化學測試。實驗鋰離子電池的循環(huán)測試是在室溫下電池測試儀(BTS-10mA，深圳新威爾多科技有限公司)上完成的，電壓范圍為0.01-3.0 Vo
[0014]所述鉬源為四水合鉬酸銨、二水合鉬酸銨和二氧化鉬中的一種。
[0015]所述砸源為二氧化砸、亞砸酸鈉和砸粉中的一種。
[0016]本發(fā)明獲得的鋰離子電池負極材料具有優(yōu)良的電化學特性，表現(xiàn)在:在電流密度為50mA/g的情況下，首次放電比容量為最高724 mAh/g，首次充電比容量最高可達到445mAh/g，首次庫倫效率最高達到61%，經(jīng)過30個循環(huán)后，放電比容量最高可達494mAh/g。比起單一劍麻纖維炭比容量高出305mA/g，說明兩相鉬基化合物與劍麻纖維炭進行復合，提高了復合材料的比容量。在電流密度為500 mA/g的情況下，經(jīng)過30個循環(huán)后放電比容量最高仍為340 mAh/g。說明了其較好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實施例制備的Mo02-MoSe2@SFC鋰離子電池負極材料的XRD圖。
[0018]圖2為本發(fā)明實施例制備的納米MO02-MOSe2@SFC復合物和單一 SFC分別作為鋰離子電池負極材料在電流密度為50mA/g的條件下測得的循環(huán)性能曲線圖。
[0019]圖3為本發(fā)明實施例制備的納米MO02-MOSe2@SFC復合物和單一 SFC分別作為鋰離子電池負極材料在電流密度為500mA/g的條件下測得的循環(huán)性能曲線圖。
【具體實施方式】
[0020]實施例:
(1)劍麻纖維炭的獲得:將預處理過的劍麻纖維在管式氣氛爐中進行炭化并球磨、過篩，升溫速率為3°c /min,炭化溫度900°C，保溫時間為0.5小時，球磨速率為400r/min，球磨時間為12小時，過篩孔徑為0.074mm (200目篩)。
[0021](2)配置溶液:將1.56g的四水合鉬酸銨和0.14g 二氧化砸(砸:鉬=1:1)加入到70mL去離子水中，待形成無色透明溶液時，加入0.64g步驟(1)所得到的劍麻纖維炭，攪拌20分鐘后，加入lmL的分析純聚乙二醇400，繼續(xù)攪拌20分鐘，加入5mL質(zhì)量百分比濃度為80%的水合肼，持續(xù)攪拌過夜。此懸浮液記為A懸浮液。
[0022](3)水熱反應:將A懸浮液轉(zhuǎn)入到內(nèi)膽容積為100mL的不銹鋼反應釜中，在160°C下反應24小時，反應結(jié)束后進行抽濾分離，并用去離子水和無水乙醇進行沖洗，后置于真空干燥箱中60°C干燥12小時，得到前驅(qū)體產(chǎn)物B。
[0023](4)熱處理:將前驅(qū)體產(chǎn)物B在N2保護氛圍下于管式爐中先以3°C /min升溫速率升至200°C，保溫0.5小時，后以5°C /min升溫至800°C，保溫0.5小時，升溫程序終止后隨爐子冷卻至室溫取出，得到納米Mo02-MoSe2@SFC鋰離子電池負極材料粉體。
[0024](5)制作極片:將步驟(4)中制備的負極材料粉體與乙炔黑和聚偏氟乙烯(PVDF)按質(zhì)量比為8:1:1的比例混合，加入級別為分析純的溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)，攪拌均勻至糊狀，均勻涂抹在厚度為ΙΟμπι的銅箔上，先于60°C條件下烘干，再于110°C條件下真空干燥12小時，沖制成直徑為16_的圓形極片。
[0025](6)電池組裝:以鋰片對電極，步驟(5)得到的圓形極片為工作電極，微孔聚丙烯膜為隔膜，lmol/L的LiPF6/EC(碳酸乙烯酯)+ DMC(碳酸二甲酯)+ DEC (碳酸二乙酯)作為電解液(電解液中LiPF6為溶質(zhì)，溶劑EC+DMC +DEC的體積比為1:1:1)，在充滿高純氬氣的的手套箱中組裝成CR2025型紐扣模擬電池，并進行封口。
[0026](7)測試:將步驟(6)組裝好的電池放置12小時后進行電化學測試。實驗鋰離子電池的循環(huán)測試是在室溫下電池測試儀(BTS-10mA，深圳新威爾多科技有限公司)上完成的，電壓范圍為0.01-3.0 Vo
[0027]測試結(jié)果顯示:在電流密度為50mA/g的情況下，首次放電比容量為724 mAh/g,首次充電比容量為445 mAh/g，首次庫倫效率達到61%，經(jīng)過30個循環(huán)后，放電比容量可達494mAh/g。比起單一劍麻纖維炭的比容量高出305mAh/g，說明兩相鉬基化合物與劍麻纖維炭進行復合后，提高了劍麻纖維炭的比容量。在電流密度為500 mA/g的情況下，經(jīng)過30個循環(huán)后放電比容量仍保持340 mAh/g，說明了復合材料具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。
【主權(quán)項】
1.一種MoO 2-MoSe2@SFC鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于具體步驟為: (1)將預處理過的劍麻纖維在管式氣氛爐子進行炭化、球磨、過篩，炭化溫度.600-1000°C，保溫時間為0.5-2小時，升溫速率為1_10°C /min，球磨速率的400r/min，球磨時間為6-12小時，過篩為200目篩，得劍麻纖維炭； (2)將0.39-1.56g的鉬源和0.035-0.14g砸源加入到70mL去離子水中，待形成無色透明溶液時，加入0.5-0.64g步驟(1)所得的劍麻纖維炭，攪拌15-20分鐘時間后，加入.0.5-lmL的分析純聚乙二醇400，繼續(xù)攪拌15-20分鐘，加入2-10mL質(zhì)量百分比濃度為80%的水合肼，持續(xù)攪拌過夜，此懸浮液記為A懸浮液； (3)將A懸浮液轉(zhuǎn)入到不銹鋼反應釜中在120-180°C反應12-48小時，反應結(jié)束后進行抽濾分離，并用去離子水和無水乙醇進行沖洗，后置于真空干燥箱中60°C干燥12-24小時，后得到前驅(qū)體產(chǎn)物B ; (4)將前驅(qū)體產(chǎn)物B在N2保護氛圍中于管式爐中先以1-3°C/min升溫速率升至200°C，保溫0.5-1小時，后以5-10°C /min升溫至800°C，保溫0.5-1小時，升溫程序終止后隨爐子冷卻至室溫取出，得到納米Mo02-MoSe2@SFC鋰離子電池負極材料粉體； 所述鉬源為四水合鉬酸銨、二水合鉬酸銨和二氧化鉬中的一種； 所述砸源為二氧化砸、亞砸酸鈉和砸粉中的一種。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米MoO2-MoSe2SFC鋰離子電池負極材料及其制備方法。納米MoO2-MoSe2SFC復合材料以具有多級孔狀結(jié)構(gòu)的劍麻纖維炭(SFC)作為基體材料，MoO2和MoSe2均勻分散在其表面及孔內(nèi)。以四水合鉬酸銨、二水合鉬酸銨或二氧化鉬為鉬源，以二氧化硒、亞硒酸鈉或硒粉為硒源，以經(jīng)過炭化、球磨、過篩后的劍麻纖維炭作為基體材料，同時以水合肼和聚乙二醇400分別做還原劑和分散劑，利用高壓反應釜進行水熱反應，通過改變不同的反應條件可以得到粒徑不同的分散體材料。本發(fā)明得到的納米MoO2-MoSe2SFC復合物粉體在用作鋰離子電池負極材料時可逆容量較高、循環(huán)性能較穩(wěn)定，充放電倍率性能較好，具有較好的應用前景。
【IPC分類】B82Y30/00, B82Y40/00, H01M4/587, H01M4/48, H01M4/36, H01M4/58, H01M10/0525
【公開號】CN105428612
【申請?zhí)枴緾N201510749686
【發(fā)明人】覃愛苗, 田寧, 廖雷, 王美蘋
【申請人】桂林理工大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月8日