CN105742630A - 一种α-ZnMoO4锂离子电池负极材料及其制备方法 - Google Patents

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孙谦谦
黄剑锋
刘一军
李嘉胤
曹丽云
欧阳海波
孔新刚
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Abstract

本发明公开了一种α?ZnMoO4锂离子电池负极材料及其制备方法,将摩尔比为1:1的锌盐和钼酸盐分别溶解在蒸馏水中,再将钼酸盐溶液逐滴滴加入锌盐溶液中,继续搅拌混合均匀后,在常温下静置反应,待反应结束后离心,取固相洗涤、烘干,于高温炉中煅烧,得到α?ZnMoO4锂离子电池负极材料。本发明制备方法简便,产率高,成本低,结晶度好,制备的α?ZnMoO4锂离子电池负极材料具有广阔的发展前景。

Description

一种α-ZnMoO4锂离子电池负极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法,具体涉及一种α-ZnMoO4锂离子电池负极材料及其制备方法。
背景技术
商业化锂离子电池主要釆用石墨为负极材料,但是石墨材料的理论比容量低,只有372mAhg-1,已经无法满足日益增长的对高容量锂离子电池的需求,因此亟需开发一种可替代石墨的高容量锂离子电池新型负极材料。
尽管对过渡金属氧化物取代传统石墨作为锂离子电池负极材料进行了较为深入的研究,但研究工作主要集中于简单过渡金属氧化物,对三元金属氧化物材料作为电极材料应用于锂离子电池领域的研究报道却相对较少。由于包含了两种金属元素,相比简单氧化物材料,三元钼基混合氧化物材料具有多变的结构和性质。在不同的制备条件和不同组分配比下可以得到不同物相的材料。因此,三元钼基氧化物作为锂离子电池负极材料具有非常大的潜在应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种α-ZnMoO4锂离子电池负极材料及其制备方法,以克服上述现有技术存在的缺陷,本发明制备工艺简单、成本低廉、产率高,采用该锂离子电池负极材料制得的电极的充放电电位为0.01~3.5V,首次库伦效率高于80%,比容量50圈反复充放电后仍保持在440mAhg-1
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种α-ZnMoO4锂离子电池负极材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:将摩尔比为1:1的锌盐和钼酸盐分别溶于蒸馏水中,搅拌使其充分溶解;
步骤二:将钼酸盐溶液逐滴加入锌盐溶液中,搅拌均匀后,在常温下静置反应得到钼酸锌前驱体材料;
步骤三:将步骤二中得到的钼酸锌前驱体材料离心分离后,采用水溶液和无水乙醇洗涤,然后烘干即得到钼酸锌前驱体;
步骤四:将步骤三得到的钼酸锌前驱体放入高温炉中热处理,然后自然冷却到室温后得到α-ZnMoO4锂离子电池负极材料。
进一步地,所述的钼酸盐为钼酸铵或钼酸钠,锌盐为硝酸锌或氯化锌。
进一步地,步骤一中搅拌方式为磁力搅拌,搅拌时间为10min。
进一步地,步骤二中的滴加速度为1~3mL/min。
进一步地,步骤二中搅拌时间为30min,静置反应时间为1~5d。
进一步地,步骤三中离心速度为8000~9000r/min;离心时间为10~15min。
进一步地,步骤三中洗涤时用无水乙醇和蒸馏水交替冲洗3~6次;烘干温度为60℃。
进一步地,步骤四中高温炉为马弗炉,热处理温度为400~600℃,时间为40min~3h。
一种α-ZnMoO4锂离子电池负极材料,采用上述的α-ZnMoO4锂离子电池负极材料的制备方法制得。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
本发明制备的α-ZnMoO4锂离子电池负极材料,结构为四方体,其钼离子位于四面体的对称中心,外面被4个O2-包围,具有相对好的稳定性。不同于其他多组分过渡金属氧化物,α-ZnMoO4负极材料可以利用两种不同的电化学反应机理,除了钼元素与锂之间的转化机理外,锌可以与锂进行合金化反应,这两种反应在电化学储锂中可以共存,且它们之间存在着协同效应,可以共同促进电池性能的提高。另外,我国的钼资源产量居世界第二位,利用这样的资源优势,开发研究钼酸锌锂离子电池负极材料,具有十分重要的意义。同时,本发明制备α-ZnMoO4锂离子电池负极材料,制备工艺简单、成本低廉、产率高,采用该锂离子电池负极材料制得的电极的充放电电位为0.01~3.5V,首次库伦效率高于80%,比容量50圈反复充放电后仍保持在440mAhg-1
附图说明
图1是实施例1制备的α-ZnMoO4锂离子电池负极材料的XRD图谱;
图2是采用实施例1制得的材料用于模拟电池的充放电循环性能图。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述:
一种α-ZnMoO4锂离子电池负极材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:将摩尔比为1:1的锌盐和钼酸盐分别溶于蒸馏水中,磁力搅拌10min使其充分溶解,其中,钼酸盐为钼酸铵或钼酸钠,锌盐为硝酸锌或氯化锌;
步骤二:将钼酸盐溶液以1~3mL/min的速度逐滴加入锌盐溶液中,搅拌30min,在常温下静置反应1~5d得到钼酸锌前驱体材料;
步骤三:将步骤二中得到的钼酸锌前驱体材料以8000~9000r/min离心10~15min后,采用无水乙醇和蒸馏水交替冲洗3~6次,然后在烘箱中以60℃烘干即得到钼酸锌前驱体;
步骤四:将步骤三得到的钼酸锌前驱体放入马弗炉中400~600℃热处理40min~3h,然后自然冷却到室温后得到α-ZnMoO4锂离子电池负极材料。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述:
实施例1
步骤一:将摩尔比为1:1的硝酸锌和钼酸钠分别溶于蒸馏水中,磁力搅拌10min使其充分溶解;
步骤二:将钼酸盐溶液以1mL/min的速度逐滴加入锌盐溶液中,搅拌30min,在常温下静置反应5d得到钼酸锌前驱体材料;
步骤三:将步骤二中得到的钼酸锌前驱体材料以8000r/min离心10min后,采用无水乙醇和蒸馏水交替冲洗4次,然后在烘箱中以60℃烘干即得到钼酸锌前驱体;
步骤四:将步骤三得到的钼酸锌前驱体放入马弗炉中600℃热处理3h,然后自然冷却到室温后得到α-ZnMoO4锂离子电池负极材料。
图1是制备的α-ZnMoO4锂离子电池负极材料的XRD图,从图1中可以看出制备的材料是纯相的α-ZnMoO4
利用所制备的α-ZnMoO4锂离子电池负极材料与羧甲基纤维素钠、导电剂乙炔黑按重量比8:1:1混合,经玛瑙研钵研磨均匀,调成浆料后涂覆在铜箔上,涂覆厚度为15~20μm,120℃真空干燥24h,经冲片机冲片得到锂离子电池负极片。
以得到的锂离子电池负极片为负极,以1mol/LLiPF6的三组分混合溶剂(体积比乙烯碳酸酯EC:二甲基碳酸酯DMC:二乙基碳酸酯EMC=1:1:1)为电解液,聚丙烯微孔膜为隔膜,锂片为正极片组装成模拟电池,对模拟电池进行性能测试,采用深圳新威电池测试仪对模拟电池进行充放电比容量循环性能测试,以100mA/g的电流密度进行恒流充放电比容量循环测试实验,充放电电压限制在0.01~3.5V,结果如图2所示,由图2可知模拟电池的首次充放电容量分别为965mAhg-1和1206mAhg-1,且首次库伦效率为80%,循环50圈,比容量保持在440mAhg-1左右,循环性和稳定性良好。
实施例2
步骤一:将摩尔比为1:1的氯化锌和钼酸钠分别溶于蒸馏水中,磁力搅拌10min使其充分溶解;
步骤二:将钼酸钠溶液以2mL/min的速度逐滴加入氯化锌溶液中,搅拌30min,在常温下静置反应1d得到钼酸锌前驱体材料;
步骤三:将步骤二中得到的钼酸锌前驱体材料以8500r/min离心10min后,采用无水乙醇和蒸馏水交替冲洗5次,然后在烘箱中以60℃烘干即得到钼酸锌前驱体;
步骤四:将步骤三得到的钼酸锌前驱体放入马弗炉中500℃热处理3h,然后自然冷却到室温后得到α-ZnMoO4锂离子电池负极材料。
实施例3
步骤一:将摩尔比为1:1的硝酸锌和钼酸铵分别溶于蒸馏水中,磁力搅拌10min使其充分溶解;
步骤二:将钼酸铵溶液以3mL/min的速度逐滴加入硝酸锌溶液中,搅拌30min,在常温下静置反应3d得到钼酸锌前驱体材料;
步骤三:将步骤二中得到的钼酸锌前驱体材料以9000r/min离心15min后,采用无水乙醇和蒸馏水交替冲洗6次,然后在烘箱中以60℃烘干即得到钼酸锌前驱体;
步骤四:将步骤三得到的钼酸锌前驱体放入马弗炉中400℃热处理3h,然后自然冷却到室温后得到α-ZnMoO4锂离子电池负极材料。
实施例4
步骤一:将摩尔比为1:1的氯化锌和钼酸钠分别溶于蒸馏水中,磁力搅拌10min使其充分溶解;
步骤二:将钼酸钠溶液以1mL/min的速度逐滴加入氯化锌溶液中,搅拌30min,在常温下静置反应5d得到钼酸锌前驱体材料;
步骤三:将步骤二中得到的钼酸锌前驱体材料以8000r/min离心10min后,采用无水乙醇和蒸馏水交替冲洗6次,然后在烘箱中以60℃烘干即得到钼酸锌前驱体;
步骤四:将步骤三得到的钼酸锌前驱体放入马弗炉中550℃热处理40min,然后自然冷却到室温后得到α-ZnMoO4锂离子电池负极材料。

Claims (9)

1.一种α-ZnMoO4锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:将摩尔比为1:1的锌盐和钼酸盐分别溶于蒸馏水中,搅拌使其充分溶解;
步骤二:将钼酸盐溶液逐滴加入锌盐溶液中,搅拌均匀后,在常温下静置反应得到钼酸锌前驱体材料;
步骤三:将步骤二中得到的钼酸锌前驱体材料离心分离后,采用水溶液和无水乙醇洗涤,然后烘干即得到钼酸锌前驱体;
步骤四:将步骤三得到的钼酸锌前驱体放入高温炉中热处理,然后自然冷却到室温后得到α-ZnMoO4锂离子电池负极材料。
2.根据权利要求1所述的一种α-ZnMoO4锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,所述的钼酸盐为钼酸铵或钼酸钠,锌盐为硝酸锌或氯化锌。
3.根据权利要求1所述的一种α-ZnMoO4锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,步骤一中搅拌方式为磁力搅拌,搅拌时间为10min。
4.根据权利要求1所述的一种α-ZnMoO4锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,步骤二中的滴加速度为1~3mL/min。
5.根据权利要求1所述的一种α-ZnMoO4锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,步骤二中搅拌时间为30min,静置反应时间为1~5d。
6.根据权利要求1所述的一种α-ZnMoO4锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,步骤三中离心速度为8000~9000r/min;离心时间为10~15min。
7.根据权利要求1所述的一种α-ZnMoO4锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,步骤三中洗涤时用无水乙醇和蒸馏水交替冲洗3~6次;烘干温度为60℃。
8.根据权利要求1所述的一种α-ZnMoO4锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,步骤四中高温炉为马弗炉,热处理温度为400~600℃,时间为40min~3h。
9.一种α-ZnMoO4锂离子电池负极材料,其特征在于,采用权利要求1~8任一项所述的α-ZnMoO4锂离子电池负极材料的制备方法制得。
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