一种高电化学性能二氧化钨/三氧化钼锂离子电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高电化学性能二氧化钨/三氧化钼锂离子电池负极材料及其制备方法，先将单糖溶液、钨源溶液和钼源溶液混合均匀，得到混合溶液A；再向混合溶液A中加入表面活性剂溶液，混合均匀得到混合溶液B；单糖、钨源和钼源的摩尔比为(1～4):1:1；表面活性剂溶液的体积占混合溶液A体积的1％～2％；调节混合溶液B的pH值在0.5～1.5，进行均相水热反应，反应温度在170～200℃，反应时间为20～24h；均相水热反应结束后冷却至室温，分离出产物并洗涤干燥，得到高电化学性能二氧化钨/三氧化钼锂离子电池负极材料。本发明专利技术制得的二氧化钨/三氧化钼纳米材料具有良好的循环稳定性，使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】
一种高电化学性能二氧化钨/三氧化钼锂离子电池负极材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料制备
，具体涉及一种高电化学性能二氧化钨/三氧化钼锂离子电池负极材料及其制备方法。
技术介绍
当今社会，锂离子电池由于其能量密度高，记忆效应小，循环寿命长，环境友好而广泛应用于便携式电子设备，电动汽车等领域。然而，随着社会的发展，锂离子电池的能量密度已经不能满足人们的需求。因此，探索一种高容量的新型锂离子电池材料迫在眉睫。三氧化钼(MoO3)作为锂离子电池负极材料其理论容量高达1117mAh/g，此外它还具有污染小、成本低等优点，是一种理想的锂离子电池负极材料。JianfengHuang等[JianfengHuang,JingwenYan,JiayinLi,etal.Assembled-sheets-likeMoO3anodeswithexcellentelectrochemicalperformanceinLi-ionbattery[J].JournalofAlloysandCompounds,2016,688:588-595.]通过热处理工艺得到了自组装片状MoO3锂离子电池负极材料，其在100mA/g的电流密度下循环100次后的放电容量为889mAh/g。Qing-DanYang等[Qing-DanYang,Hong-TaoXue,Xia-Yang,etal.LowTemperatureSonochemicalSynthesisofMorphologyVariableMoO3NanostructuresforPerformanceEnhancedLithiumIonBatteryApplications[J].ElectrochimicaActa,2015,185:83-89.]通过超声辅助低温液相法合成了纳米花状MoO3，其作为锂离子电池负极材料时在550mA/g的电流密度下循环100次后的容量可达810mAh/g。但是由于MoO3作为锂离子电池负极材料时的离子、电子导电性较差，限制了其在大电流下的电化学性能。此外，其在充电、放电过程中存在体积膨胀效应，大大缩短循环使用寿命。二氧化钨(WO2)是一种具有金属电导率的材料[FujieChen,JunWang,LepingHuang,etal.OrderedMesoporousCrystallineMo-DopedWO2MaterialswithHighTapDensityasAnodeMaterialforLithiumIonBatteries[J].ChemistryofMaterials,2016,28:608-617.]。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种高电化学性能二氧化钨/三氧化钼锂离子电池负极材料及其制备方法，制得的材料电池容量高。为了达到上述目的，本专利技术方法采用如下技术方案：包括以下步骤：(1)将单糖溶液、钨源溶液和钼源溶液混合均匀，得到混合溶液A；再向混合溶液A中加入表面活性剂溶液，混合均匀得到混合溶液B；混合溶液A中单糖、钨源和钼源的摩尔比为(1～4):1:1；表面活性剂溶液的体积占混合溶液A体积的1％～2％；(2)调节混合溶液B的pH值在0.5～1.5，得到混合溶液C；(3)将混合溶液C在170～200℃进行均相水热反应；(4)均相水热反应结束后冷却至室温，分离出产物并洗涤干燥，得到高电化学性能二氧化钨/三氧化钼锂离子电池负极材料。进一步地，步骤(1)中单糖溶液的浓度为1～2mol/L，钨源溶液的浓度为0.5～1mol/L，钼源溶液的浓度为0.5～1mol/L；表面活性剂溶液的浓度为0.01～0.05mol/L。进一步地，步骤(1)中单糖包括葡萄糖、果糖或半乳糖。进一步地，步骤(1)中钨源采用Na2WO4·2H2O，钼源采用Na2MoO4·2H2O，表面活性剂采用十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱。进一步地，步骤(1)中均是通过在20～25℃下搅拌15～45min混合均匀。进一步地，步骤(2)中采用2～3mol/L的HCl溶液调节pH值。进一步地，步骤(3)中混合溶液C倒入聚四氟乙烯内衬高压水热反应釜中，体积填充比在40％～60％，然后将聚四氟乙烯内衬高压水热反应釜密封，放入均相水热反应仪中进行均相水热反应。进一步地，步骤(3)中均相水热反应的时间为20～24h。进一步地，步骤(4)中的干燥是在50～70℃真空烘箱中干燥6～10h。一种利用如上所述制备方法制得的高电化学性能二氧化钨/三氧化钼锂离子电池负极材料，该负极材料为纯相的WO2/MoO3复合材料，在2A/g的电流密度下循环5000次容量在86～112mAh/g。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术方法中通过采用单糖类物质作为还原剂和模板剂，将钨源和钼源在表面活性剂的作用下，先形成棒状MoO3，其表面包覆一层无定型碳，形成类似球状结构，且其表面有小颗粒的WO2附着。碳作为缓冲基体，抑制了充放电过程中粒子的团聚以及缓解了充放电过程中的体积膨胀；WO2与三氧化钼复合可以提高三氧化钼的离子电子导电性，将二氧化钨的导电性以及三氧化钼的高的理论容量等优点相结合，从而提高其电化学性能。此外，单糖在水热过程中会转化为CO2，使得产物中存在孔结构，其缩短了锂离子的扩散路径，也使性能有所提升。本专利技术将二氧化钨与MoO3复合，可以提高MoO3的导电性，从而提高MoO3的电池容量。本专利技术制得的产物尺寸较小，原料简单，易于合成。进一步地，本专利技术采用十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱作为表面活性剂，有效调节反应物表面活性，保证产物结构。本专利技术所合成的二氧化钨/三氧化钼纳米材料尺寸较小，在100～150nm；且具有较好的电化学性能，其作为锂离子电池负极材料在2A/g的电流密度下循环5000次容量可达112mAh/g，具有良好的循环稳定性，使用寿命长。此外，本专利技术产品用于染料降解时，具有良好的吸附性，3min对罗丹明B、甲基橙、亚甲基蓝等有机染料的吸附率均可达到95％以上。附图说明图1为本专利技术实施例2制备的WO2/MoO3复合材料的XRD图谱。图2为本专利技术实施例2制备的WO2/MoO3复合材料在50k放大倍数下的SEM照片。图3为本专利技术实施例2制备的WO2/MoO3复合材料在2A/g的电流密度下循环5000次的循环性能图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。1)配制1～2M的单糖类物质的蒸馏水溶液，0.5～1M的Na2WO4·2H2O蒸馏水溶液，0.5～1M的Na2MoO4·2H2O蒸馏水溶液以及0.01～0.05M的十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱蒸馏水溶液。其中，单糖类物质包括葡萄糖、果糖或半乳糖等，同时起还原剂和模板剂的作用；十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱是表面活性剂，用于调节反应物表面活性。2)将上述溶液按摩尔比C6H12O6·H2O:Na2WO4·2H2O:Na2MoO4·2H2O＝(1～4):1:1的比例混合，在20～25℃下搅拌15～45min，得到混合溶液A。然后向所得混合溶液A中加入占混合溶液A体积比为1％～2％的十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱蒸馏水溶液，在20～25℃下搅拌15～45min，得到混合溶液B。3)用浓度为2～3M的HC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高电化学性能二氧化钨/三氧化钼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：(1)将单糖溶液、钨源溶液和钼源溶液混合均匀，得到混合溶液A；再向混合溶液A中加入表面活性剂溶液，混合均匀得到混合溶液B；混合溶液A中单糖、钨源和钼源的摩尔比为(1～4):1:1；表面活性剂溶液的体积占混合溶液A体积的1％～2％；(2)调节混合溶液B的pH值在0.5～1.5，得到混合溶液C；(3)将混合溶液C在170～200℃进行均相水热反应；(4)均相水热反应结束后冷却至室温，分离出产物并洗涤干燥，得到高电化学性能二氧化钨/三氧化钼锂离子电池负极材料。

【技术特征摘要】
1.一种高电化学性能二氧化钨/三氧化钼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：(1)将单糖溶液、钨源溶液和钼源溶液混合均匀，得到混合溶液A；再向混合溶液A中加入表面活性剂溶液，混合均匀得到混合溶液B；混合溶液A中单糖、钨源和钼源的摩尔比为(1～4):1:1；表面活性剂溶液的体积占混合溶液A体积的1％～2％；(2)调节混合溶液B的pH值在0.5～1.5，得到混合溶液C；(3)将混合溶液C在170～200℃进行均相水热反应；(4)均相水热反应结束后冷却至室温，分离出产物并洗涤干燥，得到高电化学性能二氧化钨/三氧化钼锂离子电池负极材料。2.根据权利要求1所述的一种高电化学性能二氧化钨/三氧化钼锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中单糖溶液的浓度为1～2mol/L，钨源溶液的浓度为0.5～1mol/L，钼源溶液的浓度为0.5～1mol/L；表面活性剂溶液的浓度为0.01～0.05mol/L。3.根据权利要求1所述的一种高电化学性能二氧化钨/三氧化钼锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中单糖包括葡萄糖、果糖或半乳糖。4.根据权利要求1所述的一种高电化学性能二氧化钨/三氧化钼锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中钨源采用Na2WO4·2H2O，钼源采用Na2MoO4·2H2O，表...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹丽云，李妍，黄剑锋，冯亮亮，李嘉胤，吴建鹏，赵肖肖，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61