一种锂离子电池用负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池用负极材料的技术领域，具体涉及一种锂离子电池用负极材料Li2ZnTi3O8@C-N及其制备方法，本发明专利技术负极材料由锂盐、锌源以及钛源按照物质的量比nLi︰nZn︰nTi=2.0～2.5︰1︰3混合烧结而成。本发明专利技术锂离子电池用负极材料Li2ZnTi3O8@C-N放电比容量高，C和N的引入不仅可以提高材料的电子电导率、材料的放点比容量，而且可以提高材料的倍率和循环性能，另外，本发明专利技术制备方法简便、快速，能耗低，成本低，环境友好，具有较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用负极材料及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池电极材料的
，具体涉及一种锂离子电池用负极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池被认为是最绿色环保的清洁能源之一，现在已经被广泛的应用在便携式电子产品上。同时被认为是很有应用前景的混合电动车和纯电动车的动力源。高的能量和功率密度、长的循环寿命以及高的安全性是动力电池必须具备的条件。现在商业化的锂离子电池的负极材料主要是石墨，但由于其差的倍率性能和安全性限制了石墨在动力电池上的使用。Ti基负极材料因其优异的循环和安全性已经被广泛研究。其中，具有尖晶石结构的钛酸锂锌(Li2ZnTi3O8)因其成本低、安全性好、无毒以及具有较大的理论比容量被认为是很有可能替代石墨的负极材料之一。然而，低的电子电导率以及不理想的倍率性能限制了钛酸锂锌的实际应用。
技术实现思路
为克服上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池用负极材料，具有高的电子电导率和优异的倍率性能。本专利技术的另一目的还在于提供一种锂离子电池用负极材料的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种锂离子电池用负极材料，所述的负极材料的分子式为Li2ZnTi3O8@C-N，由锂盐、锌源以及钛源按照物质的量比nLi︰nZn︰nTi＝2.0～2.5︰1︰3混合烧结而成，所述锌源为含有Zn、C和N元素的多孔MOF材料。根据上述的锂离子电池用负极材料，所述锂盐为LiOH·H2O、LiNO3、Li2CO3、CH3COOLi·2H2O、LiF中的一种或者几种混合。根据上述的锂离子电池用负极材料，所述的多孔MOF材料为ZIF-1、ZIF-2、ZIF-3、ZIF-4、ZIF-6、ZIF-7、ZIF-8、ZIF-10、ZIF-11、ZIF-14、ZIF-20、ZIF-23、ZIF-60、ZIF-61、ZIF-62、ZIF-64、ZIF-68、ZIF-70、ZIF-73、ZIF-74、ZIF-77、ZIF-78、ZIF-79、ZIF-82、ZIF-90中的一种或者几种的混合。根据上述的锂离子电池用负极材料，所述的ZIF-1分子式为Zn(IM)2·(Me2NH)，crb拓扑结构；ZIF-2分子式为Zn(IM)2，crb拓扑结构；ZIF-3分子式为Zn(IM)2，dft拓扑结构；ZIF-4分子式为Zn(IM)2·(DMF)·(H2O)，cag拓扑结构；ZIF-6分子式为Zn(IM)2，gis拓扑结构；ZIF-7分子式为Zn(PhIM)2·(H2O)3，sod拓扑结构；ZIF-8分子式为Zn(MeIM)2·(DMF)·(H2O)3，sod拓扑结构；ZIF-10分子式为Zn(IM)2，mer拓扑结构；ZIF-11分子式为Zn(PhIM)2·(DEF)0.9，rho拓扑结构；ZIF-14分子式为Zn(eIM)2，ana拓扑结构；ZIF-20分子式为Zn(Pur)2，lta拓扑结构；ZIF-23分子式为Zn(abIm)2，dia拓扑结构；ZIF-60分子式为Zn2(Im)3(mIm)；mer拓扑结构；ZIF-61分子式为Zn(Im)(mIm)，zni拓扑结构；ZIF-62分子式为Zn(IM)1.75(bIM)0.25；cag拓扑结构；ZIF-64分子式为Zn(IM)2，crm拓扑结构；ZIF-68分子式为Zn(bIM)(nIM)，gme拓扑结构；ZIF-70分子式为Zn(Im)1.13(nIM)0.87，gme拓扑结构；ZIF-73分子式为Zn(nIM)1.74(mbIM)0.26，frl拓扑结构；ZIF-74分子式为Zn(nIM)(mbIM)，gis拓扑结构；ZIF-77分子式为Zn(nIM)，frl拓扑结构；ZIF-78分子式为Zn(nbIm)(nIm)，gme拓扑结构；ZIF-79分子式为Zn(mbIm)(nIm)，gme拓扑结构；ZIF-82分子式为Zn(cnIm)(nIm)，gme拓扑结构；ZIF-90分子式为Zn(Ica)2，sod拓扑结构。根据上述的锂离子电池用负极材料，所述钛源为锐钛矿型二氧化钛、金红石型二氧化钛、无定型二氧化钛、Ti的MOF材料中一种或几种的混合。根据上述的锂离子电池用负极材料，所述的Ti的MOF材料为MIL-125(Ti)或/和NH2-MIL-125(Ti)，所述的MIL-125(Ti)分子式为Ti8O8(OH)4-(O2C-C6H4-CO2)6，所述的NH2-MIL-125(Ti)分子式为Ti8O8(OH)4-(O2C-C6H4-NH2-CO2)6。上述的锂离子电池用负极材料的制备方法，包括如下步骤：步骤A、将锂盐、锌源以及钛源混合1～5h得到前驱物，其中按照物质的量计算，nLi︰nZn︰nTi＝2.0～2.5︰1︰3；步骤B、将步骤A中所得前驱物放置在烘箱中干燥3～15h，所述烘箱的温度为60～140℃；步骤C、将步骤B中干燥后的干燥物转移至通有惰性气体的管式炉中于200～450℃预烧1～4h，再接着以500～600℃的温度热处理1～5h得到热处理产物；或者将B中干燥后的干燥物转移至通有惰性气体的管式炉中于400～600℃的温度热处理2～6h得到热处理产物；步骤D、将步骤C中所得热处理产物冷却至室温，研磨3～10min，然后再转移至通有惰性气体的管式炉中进行煅烧0.5～6h，煅烧温度为620～750℃；步骤E、煅烧后至炉温降到室温，研磨3～10min，得到产品Li2ZnTi3O8@C-N。根据上述的锂离子电池用负极材料的制备方法，步骤A所述混合方式为球磨、研磨、搅拌中的一种或者几种方式的联合使用。本专利技术的积极有益效果：金属-有机框架材料(metal-organicframeworks，MOFs)是一种配位聚合物，具有三维的孔结构，一般以金属离子为连接点，有机配位体支撑构成空间3D延伸，是一类重要的新型多孔材料。ZIF(ZeoliticImidazolateFramework)是一类沸石咪唑酯骨架结构材料，属于MOFs中的一种，含有Zn、C、H、N等元素。本专利技术以ZIF为原料合成Li2ZnTi3O8@C-N，即N掺杂C包覆的Li2ZnTi3O8材料，可以原位提供Zn、C、N元素容易得到纯相Li2ZnTi3O8。C的存在不仅可以提高Li2ZnTi3O8的电子电导率，而且C可以提供额外的容量从而可以提高Li2ZnTi3O8@C-N的容量。N元素掺杂C可以进一步提高C的电子电导率从而使Li2ZnTi3O8@C-N具有优异的倍率性能。此外，Ti的MOF的使用不仅可以提供Ti源，还可以原位提供C源，增加最终产品的C含量，进一步提高材料的容量。多孔ZIF和Ti的MOF的使用可以保证最终的产品Li2ZnTi3O8@C-N具有多孔结构，这种结构可以进一步提高材料的倍率性能。本专利技术锂离子电池用负极材料Li2ZnTi3O8@C-N放电比容量高，循环和倍率性能良好，而且制备方法简便、快速，能耗低，成本低，环境友好，具有较好的应用前景。附图说明图1为实施例1中制备的Li2ZnTi3O8@C-N的XRD图；图2为实施例1中制备的Li2ZnTi3O8@C-N的TEM图；图3为实施例1中制备的Li2ZnTi3O8@C-N在0.2A·g-1电流下的充放电曲线图；图4为实施例2中制备的Li2ZnTi本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池用负极材料，其特征在于，所述的负极材料的分子式为Li2ZnTi3O8@C‑N，由锂盐、锌源以及钛源按照物质的量比nLi︰nZn︰nTi=2.0～2.5︰1︰3混合烧结而成，所述锌源为含有Zn、C和N元素的多孔MOF材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用负极材料，其特征在于，所述的负极材料为N掺杂C包覆的Li2ZnTi3O8材料，即Li2ZnTi3O8@C-N，由锂盐、锌源以及钛源按照物质的量比nLi︰nZn︰nTi＝2.0～2.5︰1︰3混合烧结而成，所述锌源为含有Zn、C和N元素的多孔MOF材料。2.根据权利要求1所述的锂离子电池用负极材料，其特征在于，所述锂盐为LiOH·H2O、LiNO3、Li2CO3、CH3COOLi·2H2O、LiF中的一种或者几种混合。3.根据权利要求1所述的电池用负极材料，其特征在于，所述的多孔MOF材料为ZIF-1、ZIF-2、ZIF-3、ZIF-4、ZIF-6、ZIF-7、ZIF-8、ZIF-10、ZIF-11、ZIF-14、ZIF-20、ZIF-23、ZIF-60、ZIF-61、ZIF-62、ZIF-64、ZIF-68、ZIF-70、ZIF-73、ZIF-74、ZIF-77、ZIF-78、ZIF-79、ZIF-82、ZIF-90中的一种或者几种的混合。4.根据权利要求3所述的锂离子电池用负极材料，其特征在于，所述的ZIF-1分子式为Zn(IM)2·(Me2NH)，crb拓扑结构；ZIF-2分子式为Zn(IM)2材料，crb拓扑结构；ZIF-3分子式为Zn(IM)2，dft拓扑结构；ZIF-4分子式为Zn(IM)2·(DMF)·(H2O)，cag拓扑结构；ZIF-6分子式为Zn(IM)2，gis拓扑结构；ZIF-7分子式为Zn(PhIM)2·(H2O)3，sod拓扑结构；ZIF-8分子式为Zn(MeIM)2·(DMF)·(H2O)3，sod拓扑结构；ZIF-10分子式为Zn(IM)2，mer拓扑结构；ZIF-11分子式为Zn(PhIM)2·(DEF)0.9，rho拓扑结构；ZIF-14分子式为Zn(eIM)2，ana拓扑结构；ZIF-20分子式为Zn(Pur)2，lta拓扑结构；ZIF-23分子式为Zn(abIm)2，dia拓扑结构；ZIF-60分子式为Zn2(Im)3(mIm)；mer拓扑结构；ZIF-61分子式为Zn(Im)(mIm)，zni拓扑结构；ZIF-62分子式为Zn(IM)1.75(bIM)0.25；cag拓扑结构；ZIF-64分子式为Zn(IM)2，crm拓扑结构；ZIF-68分子式为Zn(bIM)(n...

【专利技术属性】
技术研发人员：王利娟，陈宝宽，杜朝军，孟召辉，赵迎迎，
申请(专利权)人：南阳师范学院，
类型：发明
国别省市：河南;41