專利名稱:一種SnO<sub>2</sub>-Li<sub>4</sub>Ti<sub>5</sub>O<sub>12</sub>復(fù)合電極材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域,特別涉及一種高容量高倍率性能鋰離子動力電池負(fù)極Li4Ti5O12包覆SnA空心球的復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù):
近年來,隨著石油、天然氣的開采和大量使用以及汽車行業(yè)的發(fā)展,石油等資源的不可再生性日益受到廣泛的關(guān)注。人們對城市空氣質(zhì)量及地球石油資源危機(jī)等問題日趨重視,保護(hù)環(huán)境,節(jié)約能源的呼聲日趨高漲,促使人們高度重視新能源的開發(fā)和利用。鋰離子電池由于具有長的循環(huán)壽命和高的能量密度而被認(rèn)為是混合電動汽車以及便攜式電子設(shè)備很有前景的新能源。石墨作為目前商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極材料,價格便宜,熱穩(wěn)定性好,環(huán)境友好;但由于石墨的嵌鋰電位比較低,容易導(dǎo)致電解液的分解以及枝晶鋰的析出, 引發(fā)一系列的安全問題。因此,基本的解決辦法是使用一對具有更高平衡電位的氧化還原電對,使枝晶鋰的析出在熱力學(xué)上是不利的。尖晶石型鈦酸鋰(Li4Ti5O12)作為鋰離子電池的新型負(fù)極材料日益受到重視。這是因為與碳負(fù)極材料相比,Li4Ti5O12平衡電位較高(約 1.55V),避免了金屬鋰的析出,并且其平臺容量超過總?cè)萘康?5%,充電結(jié)束時電位迅速上升。利用這一特點(diǎn)指示終止充電能夠避免電池過充,因此其安全性與碳負(fù)極材料相比得到極大提高。此外,Li4Ti5O12在鋰離子嵌入、脫嵌過程中晶體結(jié)構(gòu)能夠保持高度的穩(wěn)定性,晶格常數(shù)變化很小,體積變化< 1%,被稱為“零應(yīng)變”電極材料,在充放電過程中具有良好的可逆性,且理論上具有無限長的循環(huán)壽命。因此,Li4Ti5O12被認(rèn)為是一種很有前景的鋰離子電池負(fù)極材料。然而,Li4Ti5O12材料的本征電子導(dǎo)電能力(電導(dǎo)率10 13S/cm)和離子導(dǎo)電能力(鋰離子擴(kuò)散系數(shù)約為2X10-8cm7s)不高,因此Li4Ti5O12在大電流充放電時容量衰減快、倍率性能較差。此外,相對于二氧化硅、二氧化錫等氧化物材料,Li4Ti5O12的理論容量 (175mAh/g)較低,這些都限制了其作為高倍率負(fù)極材料在動力鋰離子電池和儲能電池中的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn),提供一種比容量高、倍率性能好、 循環(huán)壽命長的鋰離子動力電池負(fù)極Li4Ti5O12包覆SnA空心球的復(fù)合電極材料。本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述復(fù)合電極材料的制備方法。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料的制備方法,包括以下步驟(1)將包含有3 6體積份的質(zhì)量濃度為25%的NH3 · H20,70 140體積份的乙醇和10 18體積份的去離子水的水溶液攪拌0. 5h,再加入6 12體積份的硅源,室溫下攪拌6 10h,制得SiO2小球;(2)將1 3重量份的尿素和0. 1 0. 4重量份的錫鹽溶解在30 50體積份的去離子水中,在攪拌條件下,再加入15 30體積份的乙醇形成乳白色濁液,其中,重量份體積份=g ml ;(3)將200 300重量份的步驟(1)所得SW2小球在超聲條件下分散在3 8體積份的去離子水中,其中,重量份體積份=mg ml ;(4)將45 80體積份的步驟( 所得溶液和3 8體積份的步驟( 所得溶液充分混合后在130 170°C下反應(yīng)12 36h,制得SiO2-Sr^2復(fù)合小球;(5)將步驟(4)所得SiO2-Sr^2復(fù)合小球分散在摩爾濃度為2mol · L—1的NaOH溶液中,在45°C下反應(yīng)3 6h,SiO2核溶解,得到SnO2空心球;(6)將3 5體積份的H2A分散在60 80體積份的摩爾濃度為0. 2 0. 6mol 'Γ1 的LiOH溶液中,稱取0. 05 0. 2重量份的SnA空心球加入該溶液中,攪拌0. 5 Ih ;再加入1. 5 3重量份的鈦源攪拌0. 5h后,在120 150°C下反應(yīng)10 18h,所得產(chǎn)物經(jīng)煅燒后,制得SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料,其中,重量份體積份=g ml。為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明,在步驟(1)中,所述硅源為正硅酸乙酯(TEOS)。為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明,在步驟(2)中,所述錫鹽為Na2SnO3 · 4H20、Na2SnO3 · 3H20、 SnCl4 · 5H20的其中一種。為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明,在步驟(6)中,所述鈦源為鈦酸異丙酯(TTIP)、鈦酸四丁酯、四氯化鈦的其中一種。為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明,在步驟(6)中,煅燒的氣氛為空氣氣氛。為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明,在步驟(6)中,煅燒的溫度為550 700°C。為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明,在步驟(6)中,煅燒的時間為4 他。本發(fā)明的基本原理如下本發(fā)明綜合了二氧化錫高比容量及鈦酸鋰高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn),得到比容量相對于鈦酸鋰高,倍率和循環(huán)性能相對于SnA優(yōu)越的Li4Ti5O12包覆 SnO2空心球復(fù)合材料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明合成的SnO2-Li4Ti5O12分層結(jié)構(gòu)復(fù)合物,空心SnOJt為核,外層由 Li4Ti5O12納米片構(gòu)成殼,該結(jié)構(gòu)不僅緩沖了 SnA在鋰離子嵌入和脫出過程中的體積膨脹, 同時縮短了鋰離子和電子的遷移距離,從而使該種材料具有較好的倍率和循環(huán)穩(wěn)定性。此外,該分層結(jié)構(gòu)也有效的減小了材料的團(tuán)聚;(2)本發(fā)明與目前商業(yè)化的鈦酸鋰相比,有更高的充放電容量;(3)本發(fā)明與純的二氧化錫相比,有更好的倍率性能和循環(huán)性能。
圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例1所得SnO2空心球的TEM圖。圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例1所得SnO2空心球的SEM圖。圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例1所得SnO2-Li4Ti5O12的SEM圖。圖4所示為本發(fā)明實(shí)施例1所得SnO2-Li4Ti5O12的EDX圖。圖5所示為本發(fā)明實(shí)施例1所得SnO2-Li4Ti5O12在不同倍率下的充放電測試圖。圖6所示為商業(yè)Li4Ti5O12、純SnA及本發(fā)明SnO2-Li4Ti5O12在IC倍率下的循環(huán)壽命圖。
具體實(shí)施例方式為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果,以下結(jié)合實(shí)施例并配合附圖詳予說明。實(shí)施例1(1)將包含有3. 14ml質(zhì)量濃度為25%的NH3 · H20,74ml乙醇和IOml去離子水的水溶液攪拌0. 5h,再加入6ml正硅酸乙酯,室溫下攪拌6h,制得SiA小球;(2)將1. 8g尿素和0. 266gNa2Sn03 ·3Η20溶解在3細(xì)1去離子水中,在攪拌條件下, 再加入18ml乙醇形成乳白色濁液;(3)將MOmg的步驟(1)所得SW2小球在超聲條件下分散在去離子水中;(4)將步驟( 所得溶液和步驟( 所得溶液混合攪拌20分鐘后轉(zhuǎn)入IOOml反應(yīng)釜中,在170°C下反應(yīng)36h,制得SiO2-SnA復(fù)合小球;(5)將步驟(4)所得SiO2-Sr^2復(fù)合小球分散在摩爾濃度為2mol · L—1的NaOH溶液中,在45°C下反應(yīng)6h,SiO2核溶解,得到SnO2空心球;(6)將3mlH2A分散在60ml摩爾濃度為0. 4mol Γ1的LiOH溶液中,稱取0. IgSnO2 空心球加入該溶液中,攪拌0. 5h ;再加入1. 70556gTTIP攪拌0.證后,轉(zhuǎn)入IOOml反應(yīng)釜中, 在130°C下反應(yīng)12h,再在空氣氣氛和550°C條件下煅燒6h,制得SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料。實(shí)施例2(1)將包含有細(xì)1質(zhì)量濃度為25%的NH3 ·Η20、85πι1乙醇和IOml去離子水的水溶液攪拌0. 5h,再加入8ml正硅酸乙酯,室溫下攪拌6h,制得SW2小球;(2)將1. 8g尿素和0. 266gNa2Sn03 ·3Η20溶解在3細(xì)1去離子水中,在攪拌條件下, 再加入30ml乙醇形成乳白色濁液;(3)將^Omg的步驟(1)所得SW2小球在超聲條件下分散在去離子水中;(4)將步驟( 所得溶液和步驟( 所得溶液混合攪拌20分鐘后轉(zhuǎn)入IOOml反應(yīng)釜中,在150°C下反應(yīng)20h,制得SiO2-SnA復(fù)合小球;(5)將步驟(4)所得SiO2-Sr^2復(fù)合小球分散在摩爾濃度為2mol · L—1的NaOH溶液中,在45°C下反應(yīng)6h,SiO2核溶解,得到SnO2空心球;(6)將^ilH2O2分散在60ml摩爾濃度為0. 2mol Γ1的LiOH溶液中,稱取0. 05gSn02 空心球加入該溶液中,攪拌0. 5h ;再加入0. 85278gTTIP攪拌0.證后,轉(zhuǎn)入IOOml反應(yīng)釜中, 在120°C下反應(yīng)18h,再在空氣氣氛和600°C條件下煅燒5h,制得SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料。實(shí)施例3(1)將包含有5. 652ml質(zhì)量濃度為25%的NH3 · H2OUOOml乙醇和IOml去離子水的水溶液攪拌0. 5h,再加入10. 8ml正硅酸乙酯,室溫下攪拌6h,制得SW2小球;(2)將1. 8g尿素和0. 28gNa2Sn03 · 3H20溶解在3細(xì)1去離子水中,在攪拌條件下, 再加入30ml乙醇形成乳白色濁液;(3)將300mg的步驟(1)所得SW2小球在超聲條件下分散在去離子水中;(4)將步驟( 所得溶液和步驟( 所得溶液混合攪拌20分鐘后轉(zhuǎn)入IOOml反應(yīng)釜中,在130°C下反應(yīng)36h,制得SiO2-SnA復(fù)合小球;
(5)將步驟(4)所得SiO2-Sr^2復(fù)合小球分散在摩爾濃度為2mol · L—1的NaOH溶液中,在45°C下反應(yīng)6h,SiO2核溶解,得到SnO2空心球;(6)將5mlH2A分散在60ml摩爾濃度為0. 5mol Γ1的LiOH溶液中,稱取0. 2gSn02 空心球加入該溶液中,攪拌0. 5h ;再加入2. 13195gTTIP攪拌0.證后,轉(zhuǎn)入IOOml反應(yīng)釜中, 在150°C下反應(yīng)10h,再在空氣氣氛和700°C條件下煅燒4h,制得SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料。實(shí)施例4(1)將包含有3. 14ml質(zhì)量濃度為25%的NH3 · H20,85ml乙醇和IOml去離子水的水溶液攪拌0. 5h,再加入8ml正硅酸乙酯,室溫下攪拌6h,制得SiA小球;(2)將2g尿素和0. 3gNa2Sn03 ·3Η20溶解在3細(xì)1去離子水中,在攪拌條件下,再加入30ml乙醇形成乳白色濁液;(3)將MOmg的步驟(1)所得SW2小球在超聲條件下分散在去離子水中;(4)將步驟( 所得溶液和步驟( 所得溶液混合攪拌20分鐘后轉(zhuǎn)入IOOml反應(yīng)釜中,在130°C下反應(yīng)20h,制得SiO2-SnA復(fù)合小球;(5)將步驟(4)所得SiO2-Sr^2復(fù)合小球分散在摩爾濃度為2mol · Γ1的NaOH溶液中,在45°C下反應(yīng)6h,SiO2核溶解,得到SnO2空心球;(6)將!BmlH2O2分散在60ml摩爾濃度為0. 4mol Γ1的LiOH溶液中,稱取0. 05gSn02 空心球加入該溶液中,攪拌0. 5h ;再加入1. 70556gTTIP攪拌0.證后,轉(zhuǎn)入IOOml反應(yīng)釜中, 在130°C下反應(yīng)18h,再在空氣氣氛和600°C條件下煅燒他,制得SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合物。實(shí)施例5(1)將包含有5. 652ml質(zhì)量濃度為25%的NH3 · H2OUOOml乙醇和IOml去離子水的水溶液攪拌0. 5h,再加入8ml正硅酸乙酯,室溫下攪拌6h,制得SW2小球;(2)將2g尿素和0. 2847gNa2Sn03 · 4H20溶解在3細(xì)1去離子水中,在攪拌條件下, 再加入18ml乙醇形成乳白色濁液;(3)將MOmg的步驟(1)所得SW2小球在超聲條件下分散在去離子水中;(4)將步驟( 所得溶液和步驟( 所得溶液混合攪拌20分鐘后轉(zhuǎn)入IOOml反應(yīng)釜中,在170°C下反應(yīng)20h,制得SiO2-SnA復(fù)合小球;(5)將步驟(4)所得SiO2-Sr^2復(fù)合小球分散在摩爾濃度為2mol · Γ1的NaOH溶液中,在45°C下反應(yīng)6h,SiO2核溶解,得到SnO2空心球;(6)將3mlH2A分散在60ml摩爾濃度為0. 4mol Γ1的LiOH溶液中,稱取0. IgSnO2 空心球加入該溶液中,攪拌0. 5h ;再加入2. 04192g鈦酸四丁酯攪拌0.釙后,轉(zhuǎn)入IOOml反應(yīng)釜中,在150°C下反應(yīng)18h,再在空氣氣氛和550°C條件下煅燒5h,制得SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料。實(shí)施例6(1)將包含有3. 14ml質(zhì)量濃度為25%的NH3 'H2OUOOml乙醇和IOml去離子水的水溶液攪拌0. 5h,再加入6ml正硅酸乙酯,室溫下攪拌6h,制得SW2小球;(2)將2g尿素和0. 3gNa2Sn03 ·4Η20溶解在3細(xì)1去離子水中,在攪拌條件下,再加入30ml乙醇形成乳白色濁液;(3)將^Omg的步驟(1)所得SW2小球在超聲條件下分散在去離子水中;
(4)將步驟( 所得溶液和步驟( 所得溶液混合攪拌20分鐘后轉(zhuǎn)入IOOml反應(yīng)釜中,在150°C下反應(yīng)36h,制得SiO2-SnA復(fù)合小球;(5)將步驟(4)所得SiO2-Sr^2復(fù)合小球分散在摩爾濃度為2mol · L—1的NaOH溶液中,在45°C下反應(yīng)6h,SiO2核溶解,得到SnO2空心球;(6)將4mlH2A分散在60ml摩爾濃度為0. 2mol Γ1的LiOH溶液中,稱取0. 2gSn02 空心球加入該溶液中,攪拌0. 5h ;再加入1. 02096g鈦酸四丁酯攪拌0.釙后,轉(zhuǎn)入IOOml反應(yīng)釜中,在120°C下反應(yīng)10h,再在空氣氣氛和700°C條件下煅燒證,制得SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料。實(shí)施例7(1)將包含有5. 652ml質(zhì)量濃度為25%的NH3 ·Η20、85ι 1乙醇和IOml去離子水的水溶液攪拌0. 5h,再加入6ml正硅酸乙酯,室溫下攪拌6h,制得SW2小球;(2)將1. 8g尿素和0. 266gNa2Sn03 ·3Η20溶解在3細(xì)1去離子水中,在攪拌條件下, 再加入18ml乙醇形成乳白色濁液;(3)將300mg的步驟(1)所得SW2小球在超聲條件下分散在去離子水中;(4)將步驟( 所得溶液和步驟( 所得溶液混合攪拌20分鐘后轉(zhuǎn)入IOOml反應(yīng)釜中,在170°C下反應(yīng)36h,制得SiO2-SnA復(fù)合小球;(5)將步驟(4)所得SiO2-Sr^2復(fù)合小球分散在摩爾濃度為2mol · L—1的NaOH溶液中,在45°C下反應(yīng)6h,SiO2核溶解,得到SnO2空心球;(6)將5mlH2A分散在60ml摩爾濃度為0. 5mol Γ1的LiOH溶液中,稱取0. IgSnO2 空心球加入該溶液中,攪拌0. 5h ;再加入2. 5524g鈦酸四丁酯攪拌0. 5h后,轉(zhuǎn)入IOOml反應(yīng)釜中,在130°C下反應(yīng)10h,再在空氣氣氛和700°C條件下煅燒4h,制得SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料。實(shí)施例8(1)將包含有細(xì)1質(zhì)量濃度為25%的NH3 -H20,74ml乙醇和IOml去離子水的水溶液攪拌0. 5h,再加入8ml正硅酸乙酯,室溫下攪拌6h,制得SW2小球;(2)將2g尿素和0. 2847gNa2Sn03 · 4H20溶解在3細(xì)1去離子水中,在溫和攪拌下, 再加入30ml乙醇形成乳白色濁液;(3)將^Omg的步驟(1)所得SW2小球在超聲條件下分散在去離子水中;(4)將步驟( 所得溶液和步驟( 所得溶液混合攪拌20分鐘后轉(zhuǎn)入IOOml反應(yīng)釜中,在150°C下反應(yīng)20h,制得SiO2-SnA復(fù)合小球;(5)將步驟(4)所得SiO2-Sr^2復(fù)合小球分散在摩爾濃度為2mol · L—1的NaOH溶液中,在45°C下反應(yīng)6h,SiO2核溶解,得到SnO2空心球;(6)將!BmlH2O2分散在60ml摩爾濃度為0. 5mol Γ1的LiOH溶液中,稱取0. 05gSn02 空心球加入該溶液中,攪拌0. 5h ;再加入2. 5524g鈦酸四丁酯攪拌0. 5h后,轉(zhuǎn)入IOOml反應(yīng)釜中,在150°C下反應(yīng)12h,再在空氣氣氛和700°C條件下煅燒4h,制得SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料。性能測試實(shí)驗以商業(yè)Li4Ti5O12以及純的SnA進(jìn)行電化學(xué)性能表征,并與本發(fā)明合成的 SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料進(jìn)行電化學(xué)性能比較。
實(shí)驗1將實(shí)施例1 8所得SnA空心球分散在無水乙醇中,超聲分散10 20min后進(jìn)行透射電鏡分析,得到的TEM圖以實(shí)施例1為例,如圖1所示。由圖1可見,SnO2空心球的邊緣顏色暗,中間部分呈灰白色(有光線透過),證明了本發(fā)明所得的SnO2空心球為空心結(jié)構(gòu)。實(shí)驗2將實(shí)施例1 8所得SnO2空心球鋪展在導(dǎo)電膠上,進(jìn)行掃描電鏡分析,得到的SEM 圖以實(shí)施例1為例,如圖2所示。由圖2可見,部分SnA空心球的球殼破碎,其進(jìn)一步證明了本發(fā)明所得的SnA空心球的空心結(jié)構(gòu)。實(shí)驗3將實(shí)施例1 8所得SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料鋪展在導(dǎo)電膠上,進(jìn)行掃描電鏡分析,得到的SEM圖以實(shí)施例1為例,如圖3所示。實(shí)驗4將實(shí)施例1 8所得SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料分散在無水乙醇中,超聲分散 10 20min后,滴在銅網(wǎng)上,得到的EDX圖以實(shí)施例1為例,如圖4所示。由圖3中花瓣狀球形結(jié)構(gòu)的存在,以及EDX圖中Ti元素的存在,證明本發(fā)明復(fù)合電極材料中Li4Ti5O12的存在;由圖3中部分破裂的花瓣狀球殼結(jié)構(gòu),以及EDX圖中Sn元素的存在,證明Li4Ti5O12已包覆在SnA空心球表面上,形成SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合物;在圖4的 EDX圖中,出現(xiàn)了 Si元素的峰,可能是在步驟(5)中,SiOjI未完全溶解造成的。實(shí)驗5將實(shí)施例1 8所得SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料作為工作電極,鋰片為對電極, Celgard2400為隔膜,以lmol/L LiPF6 in EC/DMC(體積比為1 1)為電解液,制備成扣式電池,然后在不同的倍率下進(jìn)行充放電性能測試,測試結(jié)果以實(shí)施例1為例,如圖5所示,其中,▽代表充電比容量,0代表放電比容量。由圖5可見,本發(fā)明SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料的起始放電比容量明顯大于純 Li4Ti5O12的理論容量(175mAh ν—1),其在不同倍率下的循環(huán)性能也較好,在IOC的倍率下循環(huán)后,再在0. IC的倍率下循環(huán),放電比容量仍高達(dá)234mAh · g—1,基本恢復(fù)到起始放電比容量值。實(shí)驗6測試實(shí)施例1 8所得SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料在IC倍率下的循環(huán)壽命,并與商業(yè)Li4Ti5O12、純SnO2在IC倍率下的循環(huán)壽命進(jìn)行對比,以實(shí)施例1為例,所得的循環(huán)壽命圖如圖6所示。其中,▲代表純SnA的充電比容量(單位mAh · g—1),Δ代表純SnA的放電比容量(單位=mAh · g—1),▼代表SnO2-Li4Ti5O12的充電比容量(單位=mAh · g-1),▽代表SnO2-Li4Ti5O12的放電比容量(單位:mAh .g-1)。 代表商業(yè)Li4Ti5O12的充電比容量(單位:mAh · g-1), 代表商業(yè)Li4Ti5O12的放電比容量(單位:mAh · g-1)。由圖6可見,本發(fā)明SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料的起始放電比容量高達(dá) 538mAh · g—1,第二圈以后,容量衰減較慢,循環(huán)100圈后,容量仍高達(dá)210. 6,相對第二圈, 其容量保持率為65. 2% ;而純的SnO2,起始放電容量為534. 2mAh · 循環(huán)100圈后,容量僅為36. 2mAh · g—1,相對第二圈,其容量保持率為7. 4% ;商業(yè)Li4Ti5O12,其起始放電容量為 143. 3mAh .g—1,循環(huán)100圈后,容量為125. 7mAh · g—1,相對第二圈,其容量保持率為84. 7%0 對比三者在IC倍率下的循環(huán)壽命圖,可得出如下結(jié)論;本發(fā)明SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料具有比目前商業(yè)化的Li4Ti5O12更高的充放電容量,具有比純的SnA更好的倍率性能和循環(huán)性能。 以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例,并非因此限制本發(fā)明的專利范圍,凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換,或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域,均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料的制備方法,其特征在于,包括以下步驟(1)將包含有3 6體積份的質(zhì)量濃度為25%的NH3· H20,70 140體積份的乙醇和10 18體積份的去離子水的水溶液攪拌0. 5h,再加入6 12體積份的硅源,室溫下攪拌6 10h,制得SiO2小球;(2)將1 3重量份的尿素和0.1 0. 4重量份的錫鹽溶解在30 50體積份的去離子水中,在攪拌條件下,再加入15 30體積份的乙醇形成乳白色濁液,其中,重量份體積份=g ml ;(3)將200 300重量份的步驟(1)所得SiA小球在超聲條件下分散在3 8體積份的去離子水中,其中,重量份體積份=mg ml ;(4)將45 80體積份的步驟( 所得溶液和3 8體積份的步驟( 所得溶液充分混合后在130 170°C下反應(yīng)12 36h,制得SiO2-SnO2復(fù)合小球;(5)將步驟(4)所得SiO2-Sr^2復(fù)合小球分散在摩爾濃度為2mol- Γ1的NaOH溶液中,在45°C下反應(yīng)3 6h,SiO2核溶解,得到SnO2空心球;(6)將3 5體積份的H2A分散在60 80體積份的摩爾濃度為0.2 0. 6mol -L"1的LiOH溶液中,稱取0. 05 0. 2重量份的SnA空心球加入該溶液中,攪拌0. 5 Ih ;再加入1. 5 3重量份的鈦源攪拌0. 5h后,在1201 50°C下反應(yīng)10 18h,所得產(chǎn)物經(jīng)煅燒后,制得SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料,其中,重量份體積份=g ml。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料的制備方法,其特征在于在步驟(1)中,所述硅源為正硅酸乙酯(TEOS)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料的制備方法,其特征在于在步驟(2)中,所述錫鹽為 Na2SnO3 · 4H20、Na2SnO3 · 3H20、SnCl4 · 5H20 的其中一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料的制備方法,其特征在于在步驟(6)中,所述鈦源為鈦酸異丙酯(TTIP)、鈦酸四丁酯、四氯化鈦的其中一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料的制備方法,其特征在于在步驟(6)中,煅燒的氣氛為空氣氣氛。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料的制備方法,其特征在于在步驟(6)中,煅燒的溫度為550 700°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料的制備方法,其特征在于在步驟(6)中,煅燒的時間為4 他。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求1至7任意一項所述的制備方法所制備得到的SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種SnO2-Li4Ti5O12復(fù)合電極材料及其制備方法,其合成的SnO2-Li4Ti5O12分層結(jié)構(gòu)復(fù)合物,空心SnO2作為核,外層由Li4Ti5O12納米片構(gòu)成殼,該結(jié)構(gòu)不僅緩沖了SnO2在鋰離子嵌入和脫出過程中的體積膨脹,同時縮短了鋰離子和電子的遷移距離,從而使該種材料具有較好的倍率和循環(huán)穩(wěn)定性。此外,該分層結(jié)構(gòu)也有效的減小了材料的團(tuán)聚;本發(fā)明與目前商業(yè)化的鈦酸鋰相比,有更高的充放電容量;本發(fā)明與純的二氧化錫相比,有更好的倍率性能和循環(huán)性能。
文檔編號H01M4/485GK102569771SQ20121006358
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者嚴(yán)艷明, 井明召, 馮洪亮, 李偉善, 王媛, 雷建飛 申請人:深圳華粵寶電池有限公司