一种硫氮掺杂多孔碳包覆Li4Ti5O制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池材料技术领域，且公开了一种硫氮掺杂多孔碳包覆Li4Ti5O

【技术实现步骤摘要】
一种硫氮掺杂多孔碳包覆Li4Ti5O
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的锂离子电池负极材料及制法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池材料
，具体为一种硫氮掺杂多孔碳包覆Li4Ti5O
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的锂离子电池负极材料及制法。

技术介绍

[0002]面对着汽车行业大量使用传统能源造成的环境污染和资源短缺，发展新能源汽车不失为一种新的解决方式，可以有效缓解能源紧缺和环境污染的问题，而新能源汽车理想的动力来源为锂离子电池，锂离子电池具有较高的能量密度、较长的使用寿命，同时在风力发电储能、太阳能发电储能等领域也具有应用前景，锂离子电池负极材料包括石墨、钛酸锂、二氧化锡等，但是石墨的倍率性能较低，二氧化锡体积效应严重，制约了发展。
[0003]钛酸锂可以有效地避免形成固体电解质界面膜和“锂枝晶”，提高锂离子电池的安全性能，且在锂离子的嵌入和脱出过程中体积几乎没有变化，具有优异的循环性能，但是其电子导电率和锂离子扩散系数较低，使得其倍率性能较差，限制了其应用，碳材料具有优异的导电性能，成本低、制备简单、来源广泛，适合大规模商业应用，因此，我们采用硫氮掺杂多孔碳包覆Li4Ti5O
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的方式来解决上述问题。
[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种硫氮掺杂多孔碳包覆Li4Ti5O
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的锂离子电池负极材料及制法，解决了钛酸锂导电性差、倍率性能不好的问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种硫氮掺杂多孔碳包覆Li4Ti5O
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的锂离子电池负极材料，所述硫氮掺杂多孔碳包覆Li4Ti5O
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的锂离子电池负极材料制备方法如下：
[0008](1)向反应瓶中加入乙醇、二氧化钛，搅拌均匀，加入氢氧化钠水溶液，其中二氧化钛、氢氧化钠的质量比为100:113
‑
120，搅拌均匀，移入反应釜置于烘箱中，进行水热过程，冷却，洗涤干净并干燥，得到线状纳米Na2Ti3O7；
[0009](2)向反应瓶中加入去离子水、氢氧化锂、线状纳米Na2Ti3O7，二者的质量比为20
‑
22:100，搅拌均匀，移入反应釜置于烘箱中，进行水热反应过程，冷却，洗涤干净并干燥，将干燥的产物置于管式炉中，在550
‑
650℃煅烧3
‑
5h，得到线状纳米Li4Ti5O
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；
[0010](3)向反应瓶中加入去离子水、3
‑
甲醛苯并噻吩、间苯二酚、三聚氰胺、线状纳米Li4Ti5O
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，在55
‑
65℃下超声分散均匀，冷却，加入碳酸钠，调节pH为8
‑
9，在55
‑
65℃下反应20
‑
40min，加入乳化剂吐温20、甲苯作为油相，充分搅拌，加入催化剂磷酸，搅拌均匀，将溶液倒入模具中密封，在70
‑
80℃下静置2
‑
4天，用丙酮洗涤干净并干燥，得到多孔酚醛树脂包覆Li4Ti5O
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纳米线；
[0011](4)将多孔酚醛树脂包覆Li4Ti5O
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纳米线置于管式炉中，进行煅烧过程，得到硫氮掺杂多孔碳包覆Li4Ti5O
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的锂离子电池负极材料；
[0012](5)向反应瓶中加入N
‑
甲基吡咯烷酮、硫氮掺杂多孔碳包覆Li4Ti5O
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的锂离子电池负极材料、乙炔黑、聚偏氟乙烯，超声分散均匀，将溶液用刮刀涂布在铜箔上并干燥，得到锂离子电池负极工作电极。
[0013]优选的，所述步骤(1)中水热过程为在170
‑
190℃反应36
‑
60h。
[0014]优选的，所述步骤(2)中水热反应过程为在170
‑
190℃反应12
‑
36h。
[0015]优选的，所述步骤(3)中3
‑
甲醛苯并噻吩、间苯二酚、三聚氰胺、线状纳米Li4Ti5O
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、吐温20、磷酸的质量比为400
‑
480:100:30
‑
60:3500
‑
7000:120
‑
150:38
‑
43。
[0016]优选的，所述步骤(4)中管式炉包括主体，主体的底部活动连接有工作台，工作台的中间活动连接有加热装置，工作台的顶部活动连接有轮齿，主体的中间活动连接有炉管，炉管的两侧活动连接有端盖，端盖的左侧活动连接有气孔，气孔的中间活动连接有齿轮，炉管的中间活动连接有坩埚，坩埚的底部活动连接有万向轮。
[0017]优选的，所述步骤(4)中煅烧过程为在氮气氛围中600
‑
650℃下热解1
‑
3h。
[0018](三)有益的技术效果
[0019]与现有技术相比，本专利技术具备以下有益的技术效果：
[0020]该一种硫氮掺杂多孔碳包覆Li4Ti5O
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的锂离子电池负极材料，在碱性环境中，TiO2发生腐蚀，被剥离呈单片状的钛酸钠，为了保持最低的能量状态，发生卷曲，形成线状纳米Na2Ti3O7，加入氢氧化锂，经过水热反应，Li离子取代钛酸钠中的Na离子，再经过煅烧，得到线状纳米Li4Ti5O
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，以3
‑
甲醛苯并噻吩为硫源、间苯二酚为碳源、三聚氰胺为氮源，在碱性环境中，磷酸的催化作用下，通过乳液聚合，得到多孔状含氮硫基团的酚醛树脂包覆Li4Ti5O
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纳米线，含氮硫基团的酚醛树脂进一步碳化，得到硫氮掺杂多孔碳包覆Li4Ti5O
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的锂离子电池负极材料。
[0021]该一种硫氮掺杂多孔碳包覆Li4Ti5O
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的锂离子电池负极材料，Li4Ti5O
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为线状纳米结构，具有较小的晶粒尺寸，同时多孔碳的包覆，使线状纳米Li4Ti5O
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分散均匀，减少了团聚，从而降低了电荷转移阻抗，加速了电子的转移，增强了Li4Ti5O
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的导电性能，且提升了Li4Ti5O
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的循环性能，同时缩短了锂离子的扩散路径，提高了锂离子的扩散系数，抑制了电化学反应过程中的极化，提高了Li4Ti5O
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的倍率性能和理论比容量，硫原子和氮原子掺杂进碳材料的晶格中，引入了较多的缺陷，使得碳材料表面高度弯曲，形成更多的褶皱，增大了比表面积，形成三维多孔网状结构，进一步降低了电荷转移阻抗，同时增加了锂离子的吸附速度和扩散程度，使得负极材料具有更低的电荷转移电阻和更快的反应动力学，赋予了硫氮掺杂多孔碳包覆Li4Ti5O
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的锂离子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫氮掺杂多孔碳包覆Li4Ti5O
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的锂离子电池负极材料，其特征在于：所述硫氮掺杂多孔碳包覆Li4Ti5O
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的锂离子电池负极材料制备方法如下：(1)向乙醇中加入二氧化钛，搅拌均匀，加入氢氧化钠水溶液，其中二氧化钛、氢氧化钠的质量比为100:113
‑
120，搅拌均匀，移入反应釜置于烘箱中，进行水热过程，冷却，洗涤并干燥，得到线状纳米Na2Ti3O7；(2)向去离子水中加入氢氧化锂、线状纳米Na2Ti3O7，二者的质量比为20
‑
22:100，搅拌均匀，移入反应釜置于烘箱中，进行水热反应过程，冷却，洗涤并干燥，将干燥的产物置于管式炉中，在550
‑
650℃煅烧3
‑
5h，得到线状纳米Li4Ti5O
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；(3)向去离子水中加入3
‑
甲醛苯并噻吩、间苯二酚、三聚氰胺、线状纳米Li4Ti5O
12
，在55
‑
65℃下超声分散均匀，冷却，加入碳酸钠，调节pH为8
‑
9，在55
‑
65℃下反应20
‑
40min，加入乳化剂吐温20、甲苯作为油相，充分搅拌，加入催化剂磷酸，搅拌均匀，将溶液倒入模具中密封，在70
‑
80℃下静置2
‑
4天，洗涤并干燥，得到多孔酚醛树脂包覆Li4Ti5O
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纳米线；(4)将多孔酚醛树脂包覆Li4Ti5O
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纳米线置于管式炉中，进行煅烧过程，得到硫氮掺杂多孔碳包覆Li4Ti5O
12
的锂离子电池负极材料；(5)向N
‑
甲基吡咯烷酮中加入硫氮掺杂多孔碳包覆Li4Ti5O
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的锂离子电池负极材料、...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾建荣，
申请(专利权)人：桐乡市鸿信科技合伙企业有限合伙，
类型：发明
国别省市：