本發(fā)明涉及一種多元材料復(fù)合電極及其鋰離子電池,屬于鋰電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
鋰離子電池是一種二次電池,它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。鋰離子電池的發(fā)展源于上世紀(jì)90年代,至今不過20年,在過去的20年是鋰電行業(yè)的一次飛躍,隨著各國對環(huán)境、新能源的重視,鋰離子電池更會有突飛猛進(jìn)的發(fā)展。目前所用的鋰電池材料中,由于石墨類負(fù)極材料的層狀結(jié)構(gòu)易導(dǎo)致電解液溶劑離子的共嵌入,引起石墨層狀結(jié)構(gòu)的破壞,從而影響石墨負(fù)極材料的電化學(xué)性能的循環(huán)穩(wěn)定性和庫侖效率。同時,石墨的各向異性結(jié)構(gòu)特征,限制了鋰離子在石墨結(jié)構(gòu)中的自由擴(kuò)散,制約了石墨負(fù)極電化學(xué)容量的發(fā)揮,同時在多次循環(huán)使用后,其電容量的穩(wěn)定性會變差。因此使得目前的材料很難滿足快速發(fā)展的鋰電池對于相應(yīng)材料的要求。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種多元材料復(fù)合電極及其鋰離子電池,以便提高電池放電效率以及降低多次循環(huán)后的容量損失,改善鋰電池使用效果。
為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案如下。
一種多元材料復(fù)合電極及其鋰離子電池,其制備方法包括以下步驟:
(1)將氧化石墨粉末以2~6g/L的濃度溶解于去離子水中,開啟超聲波設(shè)備,加熱攪拌30~60min,形成溶液A;
(2)將錳鹽以0.5~1mol/L的濃度、聚乙烯吡咯烷酮以20~40g/L的濃度,溶解到去離子水中,開啟超聲波設(shè)備,加熱攪拌30~60min,混合均勻形成溶液B;
(3)將步驟(1)中得到的溶液A與步驟(2)中得到的溶液B按照3~8:1的體積比混合,開啟超聲波設(shè)備,加熱攪拌30~60min,混合均勻形成溶液C;
(4)將步驟(3)中得到的溶液C與氨水按照50~100:1的體積比混合,開啟超聲波設(shè)備,加熱攪拌60~120min,混合均勻溶液D;
(5)以0.4~0.5g/L的濃度向步驟(4)得到的溶液D中加入硼氫化鈉后,開啟超聲波設(shè)備,攪拌60~80min,于180℃~200℃下反應(yīng)12~28h,自然冷卻至室溫;
(6)抽濾、水洗、醇洗后,在80~100℃下干燥4~8h,得到二元復(fù)合材料;
(7)將上述二元復(fù)合材料溶于去離子水中,攪拌1~2h,超聲30min;再向其中加入吡咯單體,并攪拌1h,超聲10min;
(8)在冰浴、磁力攪拌狀態(tài)下,向步驟(7)得到的體系中滴加入過硫酸銨水溶液,滴加完成后冰浴反應(yīng)4h,過濾、醇洗、水洗,自然干燥,得到本品。
進(jìn)一步地,步驟(2)中所述的錳鹽為四結(jié)合水二氯化錳。
進(jìn)一步地,步驟(3)中所述的聚乙烯吡咯烷酮的分子量為50000。
進(jìn)一步地,步驟(4)中所述的氨水的質(zhì)量濃度為25%。
進(jìn)一步地,步驟(7)中,所加入的二元復(fù)合材料溶于去離子水中的濃度為1~3g/L。
進(jìn)一步地,步驟(7)中,加入的吡咯單體與二元復(fù)合材料的質(zhì)量比為3~8:1。
進(jìn)一步地,步驟(8)中加入的過硫酸銨的質(zhì)量與步驟(7)中加入的吡咯單體的質(zhì)量比為1:3~9。
該發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提供的鋰電池用復(fù)合材料首次放電容量為720mAh/g以上,首次放電效率達(dá)到了68%以上,1500個循環(huán)后的放電容量損失率達(dá)到了4.3%以下,電流30C放電容量達(dá)到了640mAh/g以上,電流30C放電容量率達(dá)到了96.5%以上。本發(fā)明極大的提高了首次放電效率,降低了多次循環(huán)后的電容損失率,提升了放電容量,具有很大的應(yīng)用價值。
具體實施方式
本發(fā)明中的多元材料復(fù)合電極及其鋰離子電池,其制備方法包括以下步驟:
(1)將氧化石墨粉末以2~6g/L的濃度溶解于去離子水中,開啟超聲波設(shè)備,加熱攪拌30~60min,形成溶液A;
(2)將錳鹽以0.5~1mol/L的濃度、聚乙烯吡咯烷酮以20~40g/L的濃度,溶解到去離子水中,開啟超聲波設(shè)備,加熱攪拌30~60min,混合均勻形成溶液B;
(3)將步驟(1)中得到的溶液A與步驟(2)中得到的溶液B按照3~8:1的體積比混合,開啟超聲波設(shè)備,加熱攪拌30~60min,混合均勻形成溶液C;
(4)將步驟(3)中得到的溶液C與氨水按照50~100:1的體積比混合,開啟超聲波設(shè)備,加熱攪拌60~120min,混合均勻溶液D;
(5)以0.4~0.5g/L的濃度向步驟(4)得到的溶液D中加入硼氫化鈉后,開啟超聲波設(shè)備,攪拌60~80min,于180℃~200℃下反應(yīng)12~28h,自然冷卻至室溫;
(6)抽濾、水洗、醇洗后,在80~100℃下干燥4~8h,得到二元復(fù)合材料;
(7)將上述二元復(fù)合材料溶于去離子水中,攪拌1~2h,超聲30min;再向其中加入吡咯單體,并攪拌1h,超聲10min;
(8)在冰浴、磁力攪拌狀態(tài)下,向步驟(7)得到的體系中滴加入過硫酸銨水溶液,滴加完成后冰浴反應(yīng)4h,過濾、醇洗、水洗,自然干燥,得到本品。
步驟(2)中所述的錳鹽為四結(jié)合水二氯化錳。步驟(3)中所述的聚乙烯吡咯烷酮的分子量為50000。步驟(4)中所述的氨水的質(zhì)量濃度為25%。步驟(7)中,所加入的二元復(fù)合材料溶于去離子水中的濃度為1~3g/L。步驟(7)中,加入的吡咯單體與二元復(fù)合材料的質(zhì)量比為3~8:1。步驟(8)中加入的過硫酸銨的質(zhì)量與步驟(7)中加入的吡咯單體的質(zhì)量比為1:3~9。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行描述,以便更好的理解本發(fā)明。
實施例1
本實施例中的多元材料復(fù)合電極及其鋰離子電池,其制備方法包括以下步驟:
(1)將氧化石墨粉末以2g/L的濃度溶解于去離子水中,開啟超聲波設(shè)備,加熱攪拌30min,形成溶液A;
(2)將錳鹽以0.5~1mol/L的濃度、聚乙烯吡咯烷酮以20g/L的濃度,溶解到去離子水中,開啟超聲波設(shè)備,加熱攪拌30min,混合均勻形成溶液B;
(3)將步驟(1)中得到的溶液A與步驟(2)中得到的溶液B按照3~8:1的體積比混合,開啟超聲波設(shè)備,加熱攪拌30min,混合均勻形成溶液C;
(4)將步驟(3)中得到的溶液C與氨水按照50~100:1的體積比混合,開啟超聲波設(shè)備,加熱攪拌60~120min,混合均勻溶液D;
(5)以0.4~0.5g/L的濃度向步驟(4)得到的溶液D中加入硼氫化鈉后,開啟超聲波設(shè)備,攪拌80min,于200℃下反應(yīng)12h,自然冷卻至室溫;
(6)抽濾、水洗、醇洗后,在80~100℃下干燥6h,得到二元復(fù)合材料;
(7)將上述二元復(fù)合材料溶于去離子水中,攪拌1~2h,超聲30min;再向其中加入吡咯單體,并攪拌1h,超聲10min;
(8)在冰浴、磁力攪拌狀態(tài)下,向步驟(7)得到的體系中滴加入過硫酸銨水溶液,滴加完成后冰浴反應(yīng)4h,過濾、醇洗、水洗,自然干燥,得到本品。
步驟(2)中所述的錳鹽為四結(jié)合水二氯化錳。步驟(3)中所述的聚乙烯吡咯烷酮的分子量為50000。步驟(4)中所述的氨水的質(zhì)量濃度為25%。步驟(7)中,所加入的二元復(fù)合材料溶于去離子水中的濃度為1g/L。步驟(7)中,加入的吡咯單體與二元復(fù)合材料的質(zhì)量比為3:1。步驟(8)中加入的過硫酸銨的質(zhì)量與步驟(7)中加入的吡咯單體的質(zhì)量比為1:3。
實施例2
本實施例中的多元材料復(fù)合電極及其鋰離子電池,其制備方法包括以下步驟:
(1)將氧化石墨粉末以2~6g/L的濃度溶解于去離子水中,開啟超聲波設(shè)備,加熱攪拌30~60min,形成溶液A;
(2)將錳鹽以0.5~1mol/L的濃度、聚乙烯吡咯烷酮以30g/L的濃度,溶解到去離子水中,開啟超聲波設(shè)備,加熱攪拌45min,混合均勻形成溶液B;
(3)將步驟(1)中得到的溶液A與步驟(2)中得到的溶液B按照3~8:1的體積比混合,開啟超聲波設(shè)備,加熱攪拌30~60min,混合均勻形成溶液C;
(4)將步驟(3)中得到的溶液C與氨水按照100:1的體積比混合,開啟超聲波設(shè)備,加熱攪拌120min,混合均勻溶液D;
(5)以0.4~0.5g/L的濃度向步驟(4)得到的溶液D中加入硼氫化鈉后,開啟超聲波設(shè)備,攪拌60~80min,于180℃~200℃下反應(yīng)12~28h,自然冷卻至室溫;
(6)抽濾、水洗、醇洗后,在80~100℃下干燥4~8h,得到二元復(fù)合材料;
(7)將上述二元復(fù)合材料溶于去離子水中,攪拌1~2h,超聲30min;再向其中加入吡咯單體,并攪拌1h,超聲10min;
(8)在冰浴、磁力攪拌狀態(tài)下,向步驟(7)得到的體系中滴加入過硫酸銨水溶液,滴加完成后冰浴反應(yīng)4h,過濾、醇洗、水洗,自然干燥,得到本品。
步驟(2)中所述的錳鹽為四結(jié)合水二氯化錳。步驟(3)中所述的聚乙烯吡咯烷酮的分子量為50000。步驟(4)中所述的氨水的質(zhì)量濃度為25%。步驟(7)中,所加入的二元復(fù)合材料溶于去離子水中的濃度為2g/L。步驟(7)中,加入的吡咯單體與二元復(fù)合材料的質(zhì)量比為5:1。步驟(8)中加入的過硫酸銨的質(zhì)量與步驟(7)中加入的吡咯單體的質(zhì)量比為1:6。
實施例3
本實施例中的多元材料復(fù)合電極及其鋰離子電池,其制備方法包括以下步驟:
(1)將氧化石墨粉末以6g/L的濃度溶解于去離子水中,開啟超聲波設(shè)備,加熱攪拌60min,形成溶液A;
(2)將錳鹽以1mol/L的濃度、聚乙烯吡咯烷酮以40g/L的濃度,溶解到去離子水中,開啟超聲波設(shè)備,加熱攪拌30~60min,混合均勻形成溶液B;
(3)將步驟(1)中得到的溶液A與步驟(2)中得到的溶液B按照3~8:1的體積比混合,開啟超聲波設(shè)備,加熱攪拌60min,混合均勻形成溶液C;
(4)將步驟(3)中得到的溶液C與氨水按照50~100:1的體積比混合,開啟超聲波設(shè)備,加熱攪拌120min,混合均勻溶液D;
(5)以0.4~0.5g/L的濃度向步驟(4)得到的溶液D中加入硼氫化鈉后,開啟超聲波設(shè)備,攪拌80min,于180℃~200℃下反應(yīng)28h,自然冷卻至室溫;
(6)抽濾、水洗、醇洗后,在100℃下干燥8h,得到二元復(fù)合材料;
(7)將上述二元復(fù)合材料溶于去離子水中,攪拌1~2h,超聲30min;再向其中加入吡咯單體,并攪拌1h,超聲10min;
(8)在冰浴、磁力攪拌狀態(tài)下,向步驟(7)得到的體系中滴加入過硫酸銨水溶液,滴加完成后冰浴反應(yīng)4h,過濾、醇洗、水洗,自然干燥,得到本品。
步驟(2)中所述的錳鹽為四結(jié)合水二氯化錳。步驟(3)中所述的聚乙烯吡咯烷酮的分子量為50000。步驟(4)中所述的氨水的質(zhì)量濃度為25%。步驟(7)中,所加入的二元復(fù)合材料溶于去離子水中的濃度為3g/L。步驟(7)中,加入的吡咯單體與二元復(fù)合材料的質(zhì)量比為8:1。步驟(8)中加入的過硫酸銨的質(zhì)量與步驟(7)中加入的吡咯單體的質(zhì)量比為1:9。
以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式,應(yīng)當(dāng)指出,對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤飾,這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。