一種鈦酸鋰鈉納米線及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鈦酸鋰鈉納米線的制備方法，本發(fā)明中將一定量的鋰鹽、鈉鹽及鈦鹽溶于二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液，并加入冰醋酸和高分子使之形成澄清的溶液，將澄清的溶液在一定的電壓和一定的體積流率下進(jìn)行靜電紡絲，將靜電紡絲產(chǎn)物恒溫干燥，然后高溫?zé)Y(jié)，即得相應(yīng)的NaLiTiO3鈦酸鋰鈉納米線，并研究了其電化學(xué)性能和儲(chǔ)鋰性能。本發(fā)明成功實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池負(fù)極材料NaLiTiO3鈦酸鋰鈉納米線的制備，該納米線具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能。電化學(xué)實(shí)驗(yàn)證明本方法制備的NaLiTiO3鈦酸鋰鈉納米線作為鋰離子電池負(fù)極材料具有廣闊的應(yīng)用前景。在整個(gè)制備過程中，操作簡(jiǎn)單，原料成本低，設(shè)備投資少，適合批量生產(chǎn)。
【專利說明】
一種鈦酸鋰鈉納米線及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池材料領(lǐng)域，具體涉及到一種鋰離子電池負(fù)極材料NaLiT13鈦酸鋰鈉納米纖維的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦酸鋰鈉化合物作為一種潛在的鋰離子電池材料，具有較好的離子電導(dǎo)率、較高的理論容量、充放電時(shí)不會(huì)形成固體電解質(zhì)界面(SEI)膜等優(yōu)點(diǎn)，因此該材料與正極材料組裝成電池可以獲得高輸出電壓、安全、循環(huán)壽命長(zhǎng)的鋰離子電池，且有望滿足電動(dòng)汽車動(dòng)力需求。但是鈦酸鋰鈉負(fù)極材料的大倍率性能較差。
[0003]解決鈦酸鋰鈉負(fù)極材料的大倍率性能的方法有很多，最行之有效的方法是將材料納米化。零維納米材料的比表面積大，使得其電化學(xué)活性表面能增加，會(huì)導(dǎo)致材料的循環(huán)性能變差，相比于零維、二維和三維納米材料，一維納米材料具有優(yōu)越的物理和電學(xué)性能，這為維度和尺寸效應(yīng)對(duì)電子傳輸、熱傳導(dǎo)以及機(jī)械性質(zhì)方面的影響的研究提供了一個(gè)良好的系統(tǒng)。一維納米材料在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域中具有重要的價(jià)值，在集成電路納米元器件方面也有著廣闊的應(yīng)用前景，研究人員可以較為便利地把它們應(yīng)用集成在納米功能電子器件中。
[0004]目前，已報(bào)道的鈦酸鋰鈉制備方法主要有:高溫固相合成法和溶膠-凝膠法。高溫固相法存在燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、溫度高、能耗大等不足，并且合成的材料較不均勻、純度較低、粒徑比較大以及電化學(xué)性能相對(duì)差等缺點(diǎn)；而溶膠-凝膠法的制備過程比較復(fù)雜，需要控制反應(yīng)的溫度、以及溶液滴加的速度，并且還需要較長(zhǎng)的陳化時(shí)間，增加成本。為了解決上述兩種方法的缺點(diǎn)并提高鈦酸鋰鈉材料的大倍率性能，本發(fā)明用靜電紡絲法制備出一維鈦酸鋰鈉NaLiT13納米線材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有鈦酸鋰鈉電負(fù)極材料的電化學(xué)性能差的問題，提供了一種鋰離子電池負(fù)極材料鈦酸鋰鈉NaLiT13納米線的制備方法。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種鈦酸鋰鈉納米線，該鈦酸鋰鈉化學(xué)式為NaLiT13。
[0007]本發(fā)明還提供了一種鈦酸鋰鈉納米線的制備方法，所述制備方法包括:
[0008]將鈉鹽溶于二甲基甲酰胺(DMF)，形成溶液A;
[0009]將鋰鹽溶于無(wú)水乙醇，形成溶液B;
[0010]將鈦鹽溶于二甲基甲酰胺(DMF)，形成溶液C;
[0011 ] 將溶液A、B、C混合后加入冰醋酸和高分子，攪拌2h，形成澄清的溶液D，溶液D中Na、Li與Ti元素的摩爾比為1:1:3?1:1.5:3.5;
[0012]將澄清的溶液D在15?20kV電壓和0.8?1.2mL/h流率下進(jìn)行靜電紡絲；
[0013]將得到的靜電紡絲產(chǎn)物放于60?900C烘箱干燥4h ；
[0014]將干燥好的靜電紡絲產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到馬弗爐中，在600?800 0C燒結(jié)3?6h，得到鈦酸鋰鈉納米線。
[0015]優(yōu)選地，所述鈉鹽為NaCH3OXKNaHCO3中的一種或兩種的組合物，所述鋰鹽為L(zhǎng)iF、LiCH3COO及LiNO3中的一種或其中幾種的組合物，所述鈦鹽為鈦酸異丙酯，所述高分子為聚乙烯醇(PVA)。
[0016]本發(fā)明合成的一維鈦酸鋰鈉NaLiT13納米線材料性能優(yōu)異，具有更高的首次放電比容量和較好的容量保持率，首次放電比容量為80mAh g—1AOO次循環(huán)充放電后，容量保持率不低于90%。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明制得的鈦酸鋰鈉NaLiT13納米線的XRD圖；
[0018]圖2為本發(fā)明制得的鈦酸鋰鈉NaLiT13納米線的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的任意組合。
[0020]實(shí)施例1
[0021]將0.15mmol的NaCH3COO溶于2mL 二甲基甲酰胺(DMF)，形成溶液A;將0.15mmolLiCH3COO溶于5mL無(wú)水乙醇，形成溶液B;將0.3mmol鈦酸異丙酯溶于3mL二甲基甲酰胺(DMF)，形成溶液C;將溶液A、B、C混合均勻后加入2mL冰醋酸和1.2g聚乙烯醇，攪拌2h，形成澄清的溶液D ；將澄清的溶液D在電壓15kv和流率0.8mL/h下進(jìn)行靜電紡絲;將得到的靜電紡絲產(chǎn)物放于60°C烘箱干燥4h;將干燥好的靜電紡絲產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到馬弗爐中，在600°C燒結(jié)6h，得到鋰離子電池負(fù)極材料鈦酸鋰鈉NaLiT13納米線。用粉末衍射(XRD)對(duì)所述納米線進(jìn)行了表征，如圖1所示。用掃描電鏡觀察所述納米線的形貌，如圖2所示。
[0022]實(shí)施例2
[0023]將0.15mmol的NaHCO3溶于2mL 二甲基甲酰胺(DMF)，形成溶液A;將0.225mmol的LiF溶于5mL無(wú)水乙醇，形成溶液B;將0.525mmol的鈦酸異丙酯溶于3mL二甲基甲酰胺(DMF)，形成溶液C;將溶液A、B、C混合均勻后加入1.5mL冰醋酸和1.1g聚乙烯醇，攪拌2h，形成澄清的溶液D;將澄清的溶液D在電壓20kv和流率1.2mL/h下進(jìn)行靜電紡絲;將得到的靜電紡絲產(chǎn)物放于90°C烘箱干燥4h;將干燥好的靜電紡絲產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到馬弗爐中，在800°C燒結(jié)3h，得到鋰離子電池負(fù)極材料鈦酸鋰鈉NaLiTi03納米線。
[0024]實(shí)施例3
[0025]將0.15mmol的NaCH3COO溶于2mL二甲基甲酰胺(DMF)，形成溶液A;將0.15mmol的L i N03溶于5mL無(wú)水乙醇，形成溶液B;將0.4 5mmo I的鈦酸異丙酯溶于二甲基甲酰胺(DMF)，形成溶液C;將溶液A、B、C混合均勻后加入1.5mL冰醋酸和1.2g聚乙烯醇，攪拌2h，形成澄清的溶液D；將澄清的溶液在電壓18kv和流率1.0mL/h下進(jìn)行靜電紡絲;將得到的靜電紡絲產(chǎn)物放于80°C烘箱干燥4h;將干燥好的靜電紡絲產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到馬弗爐中，在700°C燒結(jié)5h，得到鋰離子電池負(fù)極材料鈦酸鋰鈉NaLiTi03納米線。
[0026]實(shí)施例4
[0027]將0.15mmo I的NaHCO3溶于2mL二甲基甲酰胺(DMF)，形成溶液A;將0.2mmo I的LiQfeCOO溶于5mL無(wú)水乙醇，形成溶液B;將0.50mmol的鈦酸異丙酯溶于3mL二甲基甲酰胺(DMF)，形成溶液C;將溶液A、B、C混合均勻后加入1.5mL冰醋酸和1.2g聚乙烯醇，攪拌2h，形成澄清的溶液D;將澄清的溶液在電壓16kv和流率0.6mL/h下進(jìn)行靜電紡絲;將得到的靜電紡絲產(chǎn)物放于900C烘箱干燥4h ；將干燥好的靜電紡絲產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到馬弗爐中，在600°C燒結(jié)6h，得到鋰離子電池負(fù)極材料鈦酸鋰鈉NaLiTi03納米線。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鈦酸鋰鈉納米線，其特征在于該鈦酸鋰鈉化學(xué)式為NaLiT13。2.—種權(quán)利要求1所述的鈦酸鋰鈉納米線的制備方法，其特征在于所述制備方法包括: 將鈉鹽溶于二甲基甲酰胺(DMF)，形成溶液A; 將鋰鹽溶于無(wú)水乙醇，形成溶液B; 將鈦鹽溶于二甲基甲酰胺(DMF)，形成溶液C; 將溶液A、B、C混合后加入冰醋酸和高分子，攪拌2h，形成澄清的溶液D，溶液D中Na、Li與Ti元素的摩爾比為1:1:3?1:1.5:3.5; 將澄清的溶液D在15?20kV電壓和0.8?1.2mL/h流率下靜電紡絲； 將得到的靜電紡絲產(chǎn)物放于60?90 °C烘箱干燥4h ； 將干燥好的靜電紡絲產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到馬弗爐中，在600?800°C燒結(jié)3?6h，得到鈦酸鋰鈉納米線。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述鈦酸鋰鈉納米線的制備方法，其特征在于所述鈉鹽為NaCH3OXKNaHCO3中的一種或兩種的組合物，所述鋰鹽為L(zhǎng)iF、LiCH3C00及LiNO3中的一種或其中幾種的組合物，所述鈦鹽為鈦酸異丙酯，所述高分子為聚乙烯醇(PVA)。
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK105948108SQ201610281086
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】李星, 吳顯宗, 朱聰聰
【申請(qǐng)人】寧波大學(xué)