【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電池材料領(lǐng)域，特別涉及一種鋰離子電池用層狀結(jié)構(gòu)ge1-xsnxp5大容量快充負極材料及其制備方法與應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、鋰離子電池的大容量快充負極材料是電池
的研究重點，主要因為負極材料在鋰電池中起到儲存和釋放能量的作用，對電池的首次庫倫效率、循環(huán)性能等有著重要影響。
2、gep5是一種層狀結(jié)構(gòu)的鋰離子電池負極材料。gep5?具有如下的優(yōu)點：(1)類藍磷層狀結(jié)構(gòu)，有利于鋰離子的傳輸；(2)較高的首次庫倫效率，首次庫倫效率達到?93％；(3)合適的放電平臺～0.5?v，在確保電池具有較好的能量密度的同時可以有效避免鋰枝晶的生長；(4)大于2000?mah/g?的理論比容量，滿足目前動力電池對于大容量、長續(xù)航的需求；(5)優(yōu)異的導(dǎo)電性，其導(dǎo)電性能可媲美石墨，是優(yōu)異的導(dǎo)體，保證電池具有良好的倍率特性。
3、gep5?存在的不足：隨著gep5的進一步發(fā)展和后續(xù)商業(yè)化布局，勢必要考慮到工業(yè)規(guī)模化批量制備的原材料高成本問題，即?ge?的價格十分昂貴(8.8×106元/噸)，這極大地限制了?gep5?的商業(yè)化應(yīng)用。更重要的是ge?和?p?的原子半徑分別為和其gep5的層間距為較小的層間距距離在一定程度上制約著li+的快速擴散，從而降低電池的快充倍率性能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、鑒于此，本專利技術(shù)提出一種鋰離子電池用層狀結(jié)構(gòu)ge1-xsnxp5大容量快充負極材料及其制備方法與應(yīng)用，解決上述技術(shù)問題。
2、專利技術(shù)人提出采用原子替代策略，采用更低價
3、本專利技術(shù)的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
4、一種鋰離子電池用層狀結(jié)構(gòu)ge1-xsnxp5大容量快充負極材料，所述負極材料為ge1-xsnxp5，0.1≤x≤?0.4。優(yōu)選地，所述負極材料為ge0.7sn0.3p5?。
5、進一步的技術(shù)方案是，鋰離子電池用層狀結(jié)構(gòu)ge1-xsnxp5大容量快充負極材料的制備方法包括以下步驟：按比例，取鍺粉、紅磷粉、錫粉，經(jīng)球磨，熱處理，制得ge1-xsnxp5。
6、進一步的技術(shù)方案是，球磨參數(shù)：轉(zhuǎn)速350-450?r/min、總球磨時間15-17h、單次球磨0.8-1.2h和單次間歇時間15-20?min。優(yōu)選球磨參數(shù)：轉(zhuǎn)速400?r/min、總球磨時間16?h、單次球磨1?h和單次間歇時間15?min。
7、進一步的技術(shù)方案是，稱重前，對鍺粉進行預(yù)處理，所述鍺粉的預(yù)處理方法：將鍺粉放入真空管式爐，排出氣體使之處真空狀態(tài)，設(shè)定還原溫度?650-670℃和升溫速率8-12℃/?min；當(dāng)溫度臨近上述設(shè)定還原溫度時，?向管式爐內(nèi)通入氬氫混合氣，繼續(xù)升溫至設(shè)定還原溫度，保溫反應(yīng)時間5-7?h，使得材料充分發(fā)生還原反應(yīng)；反應(yīng)完成后，持續(xù)通入氬氣，并使其自然冷卻至室溫，最后取出材料。更優(yōu)選的技術(shù)方案是，所述鍺粉的預(yù)處理方法：將鍺粉放入真空管式爐，排出氣體使之處真空狀態(tài)，設(shè)定還原溫度?670℃?和升溫速率10℃/min；當(dāng)溫度到達?650℃之后，向管式爐內(nèi)通入氬氫混合氣，繼續(xù)升溫至?670℃，保溫反應(yīng)時間6?h，使得材料充分發(fā)生還原反應(yīng)；反應(yīng)完成后，持續(xù)通入氬氣，并使其自然冷卻至室溫，即得。對鍺粉進行預(yù)處理，有效去除?ge?粉末中的?geo2?等雜質(zhì)，更好確保合成材料的純度。
8、進一步的技術(shù)方案是，稱重前，對紅磷粉進行預(yù)處理，所述紅磷粉的預(yù)處理方法：采用質(zhì)量濃度為4％-6％的堿性氫氧化鈉溶液浸泡紅磷粉，在80-90℃水浴鍋中攪拌5-7h；之后利用抽濾機進行抽濾，再用水清洗至?ph?值為6.8-7.2；利用真空冷凍干燥機去除水分，即得。更優(yōu)選的技術(shù)方案是，所述紅磷粉的預(yù)處理方法：采用質(zhì)量濃度為5％的堿性氫氧化鈉溶液浸泡紅磷粉，在85?℃水浴鍋中攪拌6h；之后利用抽濾機進行抽濾，再用水清洗至ph?值為7.0；利用真空冷凍干燥機去除水分，即得。對紅磷粉進行預(yù)處理，更好去除紅磷粉末中的p2o5氧化物和酸類物質(zhì)等雜質(zhì)。
9、進一步的技術(shù)方案是，所述熱處理具體操作：在充滿氬氣的真空管式爐中，加熱至410～430℃，保溫2～3h。
10、一種鋰離子電池用層狀結(jié)構(gòu)ge1-xsnxp5大容量快充負極材料，?由本專利技術(shù)任一項所述的制備方法制得。
11、本專利技術(shù)所述的層狀結(jié)構(gòu)ge1-xsnxp5大容量快充負極材料在鋰離子電池中應(yīng)用。
12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果是：
13、本專利技術(shù)提供的ge1-xsnxp5?可作為一種鋰離子電池用大容量快充負極材料。
14、本專利技術(shù)發(fā)現(xiàn)“大原子取代策略調(diào)控層狀結(jié)構(gòu)材料的層間距”這一調(diào)控技術(shù)，并進行大量研究，通過sn原子取代調(diào)控類藍磷層狀?gep5?材料的層間距，達到優(yōu)化其倍率性能的目的。
15、本專利技術(shù)通過sn?取代?ge?可以保持原gep5類藍磷層狀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在降低成本同時，有效地擴大了層間距，促進鋰離子的傳輸，其鋰離子的擴散速率得到極大提升而有效地改善了其倍率性能，且ge0.7sn0.3p5?具有最佳的鋰離子擴散速率，其鋰離子擴散系數(shù)大致在10-7～-9cm2/s?相較于?gep5(10-9～-11?cm2/s)的鋰離子擴散速率而言，增大了一個數(shù)量級。
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1.一種鋰離子電池用層狀結(jié)構(gòu)Ge1-xSnxP5大容量快充負極材料，其特征在于，所述負極材料為Ge1-xSnxP5，0.1≤x≤0.4。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池用層狀結(jié)構(gòu)Ge1-xSnxP5大容量快充負極材料，其特征在于，所述負極材料為Ge0.7Sn0.3P5。
3.一種鋰離子電池用層狀結(jié)構(gòu)Ge1-xSnxP5大容量快充負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：按照摩爾比1-x：x：5分別取鍺粉、紅磷粉、錫粉，經(jīng)球磨，熱處理，制得Ge1-xSnxP5，0.1≤x≤0.4。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的負極材料的制備方法，其特征在于，稱重前，對鍺粉、紅磷粉進行預(yù)處理，對鍺粉進行預(yù)處理，所述鍺粉的預(yù)處理方法：將鍺粉放入真空管式爐，排出氣體使之處真空狀態(tài)，設(shè)定還原溫度650-700℃和升溫速率8-12℃/min；當(dāng)溫度臨近所述設(shè)定還原溫度時，向管式爐內(nèi)通入氬氫混合氣，繼續(xù)升溫至設(shè)定還原溫度，保溫反應(yīng)時間5-7h；反應(yīng)完成后，持續(xù)通入氬氣，并使其自然冷卻至室溫，即得；
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的負極材料的制備方法，其特征在于，所述
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的負極材料的制備方法，其特征在于，稱重前，對鍺粉、紅磷粉進行預(yù)處理，所述鍺粉的預(yù)處理方法：將鍺粉放入真空管式爐，排出氣體使之處真空狀態(tài)，設(shè)定還原溫度670℃和升溫速率10℃/min；當(dāng)溫度到達650℃之后，向管式爐內(nèi)通入氬氫混合氣，繼續(xù)升溫至670℃，保溫反應(yīng)時間6h；反應(yīng)完成后，持續(xù)通入氬氣，并使其自然冷卻至室溫，即得；
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的負極材料的制備方法，其特征在于，所述球磨參數(shù)：轉(zhuǎn)速400r/min、總球磨時間16h、單次球磨1h和單次間歇時間15min。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的負極材料的制備方法，其特征在于，所述熱處理具體操作：在充滿氬氣的真空管式爐中，加熱至410～430℃，保溫2-3h。
9.一種鋰離子電池用層狀結(jié)構(gòu)Ge1-xSnxP5大容量快充負極材料，其特征在于，由權(quán)利要求1-8任一項所述的制備方法制得。
10.權(quán)利要求9所述的層狀結(jié)構(gòu)Ge1-xSnxP5大容量快充負極材料在鋰離子電池中應(yīng)用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種鋰離子電池用層狀結(jié)構(gòu)ge1-xsnxp5大容量快充負極材料，其特征在于，所述負極材料為ge1-xsnxp5，0.1≤x≤0.4。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池用層狀結(jié)構(gòu)ge1-xsnxp5大容量快充負極材料，其特征在于，所述負極材料為ge0.7sn0.3p5。
3.一種鋰離子電池用層狀結(jié)構(gòu)ge1-xsnxp5大容量快充負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：按照摩爾比1-x：x：5分別取鍺粉、紅磷粉、錫粉，經(jīng)球磨，熱處理，制得ge1-xsnxp5，0.1≤x≤0.4。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的負極材料的制備方法，其特征在于，稱重前，對鍺粉、紅磷粉進行預(yù)處理，對鍺粉進行預(yù)處理，所述鍺粉的預(yù)處理方法：將鍺粉放入真空管式爐，排出氣體使之處真空狀態(tài)，設(shè)定還原溫度650-700℃和升溫速率8-12℃/min；當(dāng)溫度臨近所述設(shè)定還原溫度時，向管式爐內(nèi)通入氬氫混合氣，繼續(xù)升溫至設(shè)定還原溫度，保溫反應(yīng)時間5-7h；反應(yīng)完成后，持續(xù)通入氬氣，并使其自然冷卻至室溫，即得；
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的負極材料的制備方法，其特征在于，所述球磨參數(shù)：轉(zhuǎn)速350...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韋雅慶，陳斌，李德，陳永，盧興，
申請(專利權(quán))人：海南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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