一種倍率性能良好的鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種倍率性能良好的鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，將含鋰溶液滴入鈦酸四丁酯溶液中，制得乳濁液A；將乳濁液A置于烘箱中，反應(yīng)至乳濁液變?yōu)楣虘B(tài)產(chǎn)物B；將B研磨后熱處理，得到鈦酸鋰C；將鈦酸鋰和蒸餾水超聲分散，得到鈦酸鋰水溶液，再加入一定量的表面活性劑，得到D溶液；把聚苯胺滴入D溶液中，得到E混合溶液；將E混合溶液放入冷水浴攪拌，向其逐滴加入鹽酸溶液，得到混合溶液F；將催化劑和氧化劑混合溶液逐滴加入F溶液，得到G溶液；將G溶液磁力攪拌一定時間后，向G溶液加入反應(yīng)終止劑攪拌，得到懸濁液H；將H離心后得到最終沉淀，最后進(jìn)行真空干燥便可得到鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料。
【專利說明】
一種倍率性能良好的鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電池電極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種倍率性能良好的鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子二次電池自上世紀(jì)末問世以來，其發(fā)展速度很快，已經(jīng)受到了多家知名企業(yè)的關(guān)注，并大力研發(fā)使其進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)，目前在電動汽車領(lǐng)域已經(jīng)有了一定比例的應(yīng)用。鋰離子電池在電動汽車、電動自行車等民用產(chǎn)品上有著巨大的商業(yè)前景，還在航天領(lǐng)域有著重大的應(yīng)用。這就要求該種電池具有很高的可靠性和低溫工作性能，同時還要求電池的循環(huán)壽命長，能量密度高，體積和質(zhì)量小等。尖晶石型鈦酸鋰Li4Ti5O12(LTO)是一種零應(yīng)變材料，循環(huán)性能好、充放電電壓平臺平穩(wěn)、安全性高、價格低且容易制備，是很有潛力的動力型鋰離子電池負(fù)極材料[康曉紅，江紅.導(dǎo)電劑對鋰離子電池負(fù)極材料鈦酸鋰電化學(xué)性能的影響，[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(2010)34 3]。
[0003]作為高性能電池材料，Li4Ti5O12具有很多不可替代的優(yōu)點(diǎn)如:充放電時體積效應(yīng)小于I % ;具有明顯而較高的充放電平臺，從而能夠有效地抑制電解液的分解與鋰枝晶的產(chǎn)生，保證了電池的安全性。然而，該材料低的電子電導(dǎo)率(〈10—13Scnf1)和Li+擴(kuò)散系數(shù)(10—9_10—13Cm2S+1)在一定程度上限制了 Li4Ti5O1^極材料的發(fā)展。為了彌補(bǔ)這個不足之處，學(xué)者們主要從以下三個方面進(jìn)行了研究:材料納米化[Li X L ,Meng Y，Liu S , etal.1onothermal synthesis of sponge-like nano Li4Ti50i2 for high rate lithium-1on batteries[J].Journal of Solid State Electrochemistry，2015，19(6):1745-
1753.]，滲雜/復(fù)合高電導(dǎo)率物質(zhì)[Hao SjXiao X , Hu Z，et al.1mproving theelectrochemical performance of Li4Ti50i2 anode through confinement intoordered bimodal porous carbon frameworks[J].The Journal of Physical ChemistryC，2013，117(51):26889-26895.]，包覆高電導(dǎo)率物質(zhì)[Shi N NjJiang XjZhang Y，etal.Preparat1n and performance of N—doped carbon coated Li4Ti50i2 as anodematerial for lithium-1on batteries[J].Chemical Journal of ChineseUniversities-Chinese，2015，36(5):981-988.]。由于包覆導(dǎo)電高分子可以顯著提高材料導(dǎo)電性，近年來導(dǎo)電高分子包覆已經(jīng)被視為提高電極材料導(dǎo)電性的經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的方法。同時，靈活易于控制的聚合比例可以很好的適應(yīng)材料的體積膨脹，以達(dá)到改善電化學(xué)性能的目的。在種類繁多的高分子材料中，聚苯胺(PANI)由于其導(dǎo)電性良好、合成方法簡單、易于摻雜、穩(wěn)定性高和生產(chǎn)成本低而備受關(guān)注[Zheng J，Yu X ,Wang C，et al.Facilesynthesis of three-dimens1nal reinforced SnOpolyaniIine/sodium alginatenanofiber hydrogel network for high performance lithium-1on battery[J].Journal of Materials Science!Materials in Electronics，2016，27(5):4457-4464.]。截至目前，研究者們已經(jīng)將很多電極材料與PANI進(jìn)行了復(fù)合，并且復(fù)合后的電極材料表現(xiàn)出了良好的電化學(xué)性能。例如:Wang等人以T12和苯胺單體為主要原料，采用原位聚合結(jié)合化學(xué)刻蝕法，制備出了性能優(yōu)異的HCl摻雜的Ti02/PANI復(fù)合材料[Wang ff LjParkJ-Y, Nguyen V H，et al.Hierarchical mesoporous rutile T1O2/C compositenanospheres as lithium-1on battery anode materials[J].Ceramics Internat1nal,2016,42(1):598-606.]DXu等人以SnO2和苯胺為主要原料，采用原位聚合法，制備出了H2S04摻雜的Sn02/PANI核殼材料，顯著地提高了材料的儲鋰容量以及改善了循環(huán)穩(wěn)定性[Xu W1Zhao K,Niu C,et al.Heterogeneous branched core-shell Sn02~PANI nanorodarrays with mechanical integrity and three diment1nal electron transport forlithium batteries [J].Nano Energy ,2014,8:196-204.]。然而截止目前，關(guān)于 Li4Ti5〇i2/PANI的相關(guān)報道卻很少，只有He等人分別于2007年和2010年，以Li4Ti5O12和苯胺單體為主要原料，采用原位聚合法成功制備出了電化學(xué)性能優(yōu)異的Li4Ti5012/PANI復(fù)合材料[He Z-Q1X1ng L Z1Chen S,et al.1n situ polymerizat1n preparat1n andcharacterizat1n of Li4Ti50i2~polyaniline anode material[J].Transact1ns ofNonferrous Metals Society of China, 2010，20(5): s262_s266.]。但是其制備過程中苯胺的聚合溫度為30°C，最后需要用不同濃度的HCl反復(fù)清洗以及浸泡處理，以達(dá)到HCl摻雜的目的，這樣使得制備工藝復(fù)雜化，難以規(guī)?；a(chǎn)。所以尋找一種簡單、易控、快速合成鈦酸鋰/聚苯胺的方法，對高性能鋰離子電池負(fù)極材料的研究和開發(fā)具有重大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種倍率性能良好的鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明制備的鈦酸鋰/聚苯胺材料純度高、結(jié)晶性良好，包覆的高電導(dǎo)率物質(zhì)聚苯胺可以顯著提高材料導(dǎo)電性，并且能夠達(dá)到納米級，該材料有效地縮短了鋰離子的擴(kuò)散路徑。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種倍率性能良好的鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0007]I)將含鋰溶液滴入鈦酸四丁酯中，充分?jǐn)嚢杈鶆?，制得乳濁液A，乳濁液A中Li與Ti的物質(zhì)的量之比為(0.7?1.5):1;
[0008]2)將乳濁液A置于烘箱中反應(yīng)，得到固態(tài)產(chǎn)物B;
[0009]3)將固態(tài)產(chǎn)物B研磨后，經(jīng)熱處理得到鈦酸鋰C;
[0010]4)將鈦酸鋰C加入蒸餾水并超聲分散，得到鈦酸鋰水溶液，再加入表面活性劑，得到溶液D;
[0011 ] 5)將聚苯胺按照鈦酸鋰C:聚苯胺=1: (25?100)的摩爾比滴入溶液D中，得到混合溶液E;
[0012]6)將混合溶液E放入0-50C的冷水浴中攪拌后，向其逐滴加入鹽酸溶液，得到混合溶液F;
[0013]7)將催化劑和氧化劑混合溶液逐滴加入混合溶液F，得到溶液G;
[0014]8)將溶液G攪拌均勻后加入反應(yīng)終止劑，并繼續(xù)攪拌，得到懸濁液H;
[0015]9)將懸濁液H離心后得到最終沉淀，最后進(jìn)行真空干燥即得到鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料。
[0016]進(jìn)一步地，步驟I)中含鋰溶液中的鋰離子濃度為0.2?5mol/L，含鋰溶液為碳酸鋰、草酸鋰、醋酸鋰或氫氧化鋰的水溶液。
[0017]進(jìn)一步地，步驟I)中攪拌是在20?100°C下，磁力攪拌20?120min。
[0018]進(jìn)一步地，步驟2)中烘箱溫度為70?100°C，反應(yīng)時間為I?48h。
[0019]進(jìn)一步地，步驟3)中熱處理具體為:以6?10°C/min的升溫速率升溫至400?1000C后保溫2?15h，然后冷卻至室溫。
[0020]進(jìn)一步地，步驟4)中每IL蒸餾水中加入I?3mo I鈦酸鋰C，超聲分散時間為I?5h，表面活性劑按照鈦酸鋰C:表面活性劑為1:0.1?1:0.3的質(zhì)量比加入，所述表面活性劑為溴化十六烷基三甲銨、十二烷基苯磺酸鈉或十二烷基硫酸鈉。
[0021 ]進(jìn)一步地，步驟6)中攪拌為磁力攪拌，攪拌時間為I?5h，鹽酸溶液的濃度為lmol/L ?3mol/L。
[0022]進(jìn)一步地，步驟7)中催化劑為三氧化媽、五氧化二f凡或二氧化鈦;氧化劑為雙氧水、高錳酸鉀或三氯化鐵，步驟8)中的反應(yīng)終止劑為碘化鉀。
[0023]進(jìn)一步地，步驟5)至步驟8)中聚苯胺、鹽酸、催化劑、氧化劑、反應(yīng)終止劑的添加量依次按照物質(zhì)量之比為1:1:0.02:5:0.006進(jìn)行添加。
[0024]進(jìn)一步地，步驟8)中將溶液G磁力攪拌I?5h時間后加入反應(yīng)終止劑，并將攪拌溫度調(diào)為600C，繼續(xù)攪拌I?5h后，得到懸濁液H;步驟9)中真空干燥的溫度為90?110°C，時間為6?12h0
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0026]本發(fā)明采用鈦酸鋰和聚苯胺為原材料，采用原位聚合法制備分散均勻、高導(dǎo)電性的鋰離子電池負(fù)極材料用鈦酸鋰/聚苯胺。經(jīng)本發(fā)明方法制備的鈦酸鋰/聚苯胺材料純度高、結(jié)晶性良好，包覆的高電導(dǎo)率物質(zhì)聚苯胺可以顯著提高材料導(dǎo)電性，并且能夠達(dá)到納米級，該材料有效地縮短了鋰離子的擴(kuò)散路徑。同時，靈活易于控制的聚合比例可以很好的適應(yīng)材料的體積膨脹，提高了其倍率性能，具有良好的電化學(xué)性能。本方法中，將苯胺的聚合溫度設(shè)定為0-5 °C，使得苯胺單體能夠充分聚合以及鹽酸能夠有效地?fù)诫s，最終產(chǎn)物只需要經(jīng)過簡單離心即可得到最終產(chǎn)物，這樣明顯地縮短了制備周期，且制備方法簡單，反應(yīng)溫度低，無需后續(xù)處理，對環(huán)境友好。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鋰離子電池負(fù)極材料用鈦酸鋰/聚苯胺的XRD圖片；
[0028]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鋰離子電池負(fù)極材料用鈦酸鋰/聚苯胺的SEM照片；
[0029]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鋰離子電池負(fù)極材料用鈦酸鋰/聚苯胺的倍率性能圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面對本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0031]一種倍率性能良好的鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0032]I)將鋰離子濃度為0.2?5mol/L的含鋰溶液滴入鈦酸四丁酯中，在20?100°C下磁力攪拌20?120min，制得乳濁液A，乳濁液A中Li與Ti的物質(zhì)的量之比為(0.7?1.5):1，其中含鋰溶液為碳酸鋰、草酸鋰、醋酸鋰或氫氧化鋰的水溶液；[0033 ] 2)將乳濁液A置于70?100 °C的烘箱中反應(yīng)I?48h，得到固態(tài)產(chǎn)物B ；
[0034]3)將固態(tài)產(chǎn)物B研磨后，置于馬弗爐中，以6?10°C/min的升溫速率升溫至400?1000 0C后保溫2?15h，然后冷卻至室溫，得到鈦酸鋰C ；
[0035]4)將鈦酸鋰C加入蒸餾水并超聲分散I?5h，得到鈦酸鋰水溶液，再加入表面活性劑，得到溶液D，每IL蒸餾水中加入I?3mol鈦酸鋰C，表面活性劑按照鈦酸鋰C:表面活性劑為1:0.1?1:0.3的質(zhì)量比加入，所述表面活性劑為溴化十六烷基三甲銨、十二烷基苯磺酸納或十一.燒基硫酸納；
[0036]5)將聚苯胺按照鈦酸鋰C:聚苯胺=1: (25?100)的摩爾比滴入溶液D中，得到混合溶液E;
[0037]6)將混合溶液E放入0-5 °C的冷水浴中磁力攪拌I?5h后，向其逐滴加入鹽酸溶液，得到混合溶液F，其中鹽酸溶液的濃度為lmol/L?3mol/L;
[0038]7)將催化劑和氧化劑混合溶液逐滴加入混合溶液F，得到溶液G，其中催化劑為三氧化鎢、五氧化二釩或二氧化鈦;氧化劑為雙氧水、高錳酸鉀或三氯化鐵；
[0039]8)將溶液G磁力攪拌I?5h時間后加入反應(yīng)終止劑，并將攪拌溫度調(diào)為60 V，繼續(xù)攪拌I?5h后，得到懸濁液H，其中反應(yīng)終止劑為碘化鉀，步驟5)至步驟8)中聚苯胺、鹽酸、催化劑、氧化劑、反應(yīng)終止劑的添加量依次按照物質(zhì)量之比為1:1:0.02:5:0.006進(jìn)行添加；
[0040]9)將懸濁液H離心后得到最終沉淀，最后在90?110°C的溫度下真空干燥6?12hSP得到鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料。
[0041 ]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0042]實(shí)施例1
[0043](I)將鋰離子濃度為O，2mol/L的草酸鋰溶液緩慢滴入鈦酸四丁酯中，在20°C下磁力攪拌120min，制得乳濁液A，乳濁液A中Li與Ti的物質(zhì)的量之比為0.7:1；
[0044](2)將乳濁液A放入烘箱進(jìn)行反應(yīng)，烘箱的溫度為80°C，Ih后將已經(jīng)變?yōu)楣虘B(tài)的產(chǎn)物從烘箱中取出來，得到固態(tài)產(chǎn)物B;
[0045](3)將固態(tài)產(chǎn)物B研磨后，置于馬弗爐中，以6°C/min的升溫速率升溫至600°C下進(jìn)行熱處理2h，然后冷卻至室溫，得到鈦酸鋰C;
[0046](4)將鈦酸鋰C加入蒸餾水并超聲分散Ih，得到鈦酸鋰水溶液，再按照鈦酸鋰C:表面活性劑為1:0.1的質(zhì)量比加入表面活性劑溴化十六烷基三甲銨，，得到溶液D，其中每IL蒸餾水中加入Imol鈦酸鋰C;
[0047](5)將聚苯胺按照鈦酸鋰:聚苯胺=1:25的摩爾比滴入溶液D中，得到混合溶液E;
[0048](6)將混合溶液E放入O 0C冷水浴，磁力攪拌Ih后，向其逐滴加入鹽酸溶液，得到混合溶液F，其中鹽酸溶液的濃度為lmol/L;
[0049](7)將催化劑三氧化鎢和氧化劑雙氧水混合溶液逐滴加入混合溶液F，得到溶液G;
[0050](8)將溶液G磁力攪拌Ih時間后，向溶液G加入碘化鉀，并將攪拌溫度調(diào)為60°C，攪拌Ih時間后，得到懸濁液H，其中步驟5)至步驟8)中聚苯胺、鹽酸、催化劑、氧化劑、反應(yīng)終止劑的添加量依次按照物質(zhì)量之比為1:1:0.02:5:0.006進(jìn)行添加；
[0051](9)將懸濁液H離心后得到最終沉淀，最后在90°C的溫度下真空干燥12h即得到鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料。
[0052]實(shí)施例2
[0053](I)將鋰離子濃度為lmol/L的醋酸鋰溶液緩慢滴入鈦酸四丁酯中，在100°C下磁力攪拌20min，制得乳濁液A，乳濁液A中Li與Ti的物質(zhì)的量之比為0.85:1；
[0054](2)將乳濁液A放入烘箱進(jìn)行反應(yīng)，烘箱的溫度為70°C，5h后將已經(jīng)變?yōu)楣虘B(tài)的產(chǎn)物從烘箱中取出來，得到固態(tài)產(chǎn)物B;
[0055](3)將固態(tài)產(chǎn)物B研磨后，置于馬弗爐中，以10°C/min的升溫速率升溫至1000°C下進(jìn)行熱處理Sh，然后冷卻至室溫，得到鈦酸鋰C;
[0056](4)將鈦酸鋰C加入蒸餾水并超聲分散2h，得到鈦酸鋰水溶液，再按照鈦酸鋰C:表面活性劑為1: 0.15的質(zhì)量比加入表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉，得到溶液D，其中每IL蒸餾水中加入1.5mol鈦酸鋰C;
[0057](5)將聚苯胺按照鈦酸鋰:聚苯胺=1:50的摩爾比滴入溶液D中，得到混合溶液E;
[0058](6)將混合溶液E放入10C冷水浴，磁力攪拌2h后，向其逐滴加入鹽酸溶液，得到混合溶液F，其中鹽酸溶液的濃度為3mol/L;
[0059](7)將催化劑五氧化二釩和氧化劑高錳酸鉀混合溶液逐滴加入混合溶液F，得到溶液G;
[0060](8)將溶液G磁力攪拌2h時間后，向溶液G加入碘化鉀，并將攪拌溫度調(diào)為60 V，攪拌2h時間后，得到懸濁液H，其中步驟5)至步驟8)中聚苯胺、鹽酸、催化劑、氧化劑、反應(yīng)終止劑的添加量依次按照物質(zhì)量之比為1:1:0.02:5:0.006進(jìn)行添加；
[0061 ] (9)將懸濁液H離心后得到最終沉淀，最后在110°C的溫度下真空干燥6h即得到鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料。
[0062]實(shí)施例3
[0063](I)將鋰離子濃度為2mol/L的氫氧化鋰溶液緩慢滴入鈦酸四丁酯中，在40°C下磁力攪拌60min，制得乳濁液A，乳濁液A中Li與Ti的物質(zhì)的量之比為1.2:1;
[0064](2)將乳濁液A放入烘箱進(jìn)行反應(yīng)，烘箱的溫度為100°C，8h后將已經(jīng)變?yōu)楣虘B(tài)的產(chǎn)物從烘箱中取出來，得到固態(tài)產(chǎn)物B;
[0065](3)將固態(tài)產(chǎn)物B研磨后，置于馬弗爐中，以8°C/min的升溫速率升溫至800°C下進(jìn)行熱處理6h，然后冷卻至室溫，得到鈦酸鋰C;
[0066](4)將鈦酸鋰C加入蒸餾水并超聲分散3h，得到鈦酸鋰水溶液，再按照鈦酸鋰C:表面活性劑為1:0.2的質(zhì)量比加入表面活性劑十二烷基硫酸鈉，得到溶液D，其中每IL蒸餾水中加入2mol鈦酸鋰C;
[0067](5)將聚苯胺按照鈦酸鋰:聚苯胺=1:100的摩爾比滴入溶液D中，得到混合溶液E;
[0068](6)將混合溶液E放入2 0C冷水浴，磁力攪拌3h后，向其逐滴加入鹽酸溶液，得到混合溶液F，其中鹽酸溶液的濃度為2mol/L;
[0069](7)將催化劑二氧化鈦和氧化劑三氧化鐵混合溶液逐滴加入混合溶液F，得到溶液G；
[0070](8)將溶液G磁力攪拌3h時間后，向溶液G加入碘化鉀，并將攪拌溫度調(diào)為60°C，攪拌3h時間后，得到懸濁液H，其中步驟5)至步驟8)中聚苯胺、鹽酸、催化劑、氧化劑、反應(yīng)終止劑的添加量依次按照物質(zhì)量之比為1:1:0.02:5:0.006進(jìn)行添加；
[0071](9)將懸濁液H離心后得到最終沉淀，最后在100°C的溫度下真空干燥Sh即得到鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料。
[0072]實(shí)施例4
[0073](I)將鋰離子濃度為3mol/L的碳酸鋰溶液緩慢滴入鈦酸四丁酯中，在60°C下磁力攪拌80min，制得乳濁液A，乳濁液A中Li與Ti的物質(zhì)的量之比為1.5:1;
[0074](2)將乳濁液A放入烘箱進(jìn)行反應(yīng)，烘箱的溫度為90°C，48h后將已經(jīng)變?yōu)楣虘B(tài)的產(chǎn)物從烘箱中取出來，得到固態(tài)產(chǎn)物B;
[0075](3)將固態(tài)產(chǎn)物B研磨后，置于馬弗爐中，以10°C/min的升溫速率升溫至800°C下進(jìn)行熱處理10h，然后冷卻至室溫，得到鈦酸鋰C;
[0076](4)將鈦酸鋰C加入蒸餾水并超聲分散4h，得到鈦酸鋰水溶液，再按照鈦酸鋰C:表面活性劑為I: 0.25的質(zhì)量比加入表面活性劑十二烷基硫酸鈉，得到溶液D，其中每IL蒸餾水中加入2.5mol鈦酸鋰C;
[0077](5)將聚苯胺按照鈦酸鋰:聚苯胺=1:25的摩爾比滴入溶液D中，得到混合溶液E;
[0078](6)將混合溶液E放入3 0C冷水浴，磁力攪拌4h后，向其逐滴加入鹽酸溶液，得到混合溶液F，其中鹽酸溶液的濃度為3mol/L;
[0079](7)將催化劑三氧化鎢和氧化劑雙氧水混合溶液逐滴加入混合溶液F，得到溶液G;
[0080](8)將溶液G磁力攪拌4h時間后，向溶液G加入碘化鉀，并將攪拌溫度調(diào)為60 V，攪拌4h時間后，得到懸濁液H，其中步驟5)至步驟8)中聚苯胺、鹽酸、催化劑、氧化劑、反應(yīng)終止劑的添加量依次按照物質(zhì)量之比為1:1:0.02:5:0.006進(jìn)行添加；
[0081](9)將懸濁液H離心后得到最終沉淀，最后在100°C的溫度下真空干燥1h即得到鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料。
[0082]實(shí)施例5
[0083](I)將鋰離子濃度為5mol/L的草酸鋰溶液緩慢滴入鈦酸四丁酯中，在80°C下磁力攪拌lOOmin，制得乳濁液A，乳濁液A中Li與Ti的物質(zhì)的量之比為1:1 ；
[0084](2)將乳濁液A放入烘箱進(jìn)行反應(yīng)，烘箱的溫度為70°C，48h后將已經(jīng)變?yōu)楣虘B(tài)的產(chǎn)物從烘箱中取出來，得到固態(tài)產(chǎn)物B;
[0085](3)將固態(tài)產(chǎn)物B研磨后，置于馬弗爐中，以12°C/min的升溫速率升溫至400°C下進(jìn)行熱處理15h，然后冷卻至室溫，得到鈦酸鋰C;
[0086](4)將鈦酸鋰C加入蒸餾水并超聲分散5h，得到鈦酸鋰水溶液，再按照鈦酸鋰C:表面活性劑為1:0.3的質(zhì)量比加入表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉，得到溶液D，其中每IL蒸餾水中加入3mo I鈦酸鋰C ；
[0087](5)將聚苯胺按照鈦酸鋰:聚苯胺=1:50的摩爾比滴入溶液D中，得到混合溶液E;
[0088](6)將混合溶液E放入5 0C冷水浴，磁力攪拌5h后，向其逐滴加入鹽酸溶液，得到混合溶液F，其中鹽酸溶液的濃度為lmol/L;
[0089](7)將催化劑五氧化二釩和氧化劑高錳酸鉀混合溶液逐滴加入混合溶液F，得到溶液G;
[0090](8)將溶液G磁力攪拌5h時間后，向溶液G加入碘化鉀，并將攪拌溫度調(diào)為60°C，攪拌5h時間后，得到懸濁液H，其中步驟5)至步驟8)中聚苯胺、鹽酸、催化劑、氧化劑、反應(yīng)終止劑的添加量依次按照物質(zhì)量之比為1:1:0.02:5:0.006進(jìn)行添加；
[0091](9)將懸濁液H離心后得到最終沉淀，最后在90 °C的溫度下真空干燥6h即得到鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料。
[0092]由圖1可以看出，實(shí)施例1所制備出的產(chǎn)物的各個衍射峰都很尖銳，強(qiáng)度都很高，并且也沒有其他雜相的出現(xiàn)，表明了產(chǎn)物為純相鈦酸鋰。在20-30°之間不均勻凸起的衍射峰為PANI的特征峰。從圖2可以看出，實(shí)施例制備出的鈦酸鋰/聚苯胺為納米級小顆粒，并且呈現(xiàn)出疏松的結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)的電極材料有利于鋰離子和電子嵌入和脫出，也可以充分地與電解液接觸，因而會具有良好的電化學(xué)性能。從圖3可以明顯的得出，實(shí)施例1制備的鈦酸鋰/聚苯胺材料具有較高的放電比容量和良好的倍率性能。
【主權(quán)項】
1.一種倍率性能良好的鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: .1)將含鋰溶液滴入鈦酸四丁酯中，充分?jǐn)嚢杈鶆颍频萌闈嵋篈，乳濁液A中Li與Ti的物質(zhì)的量之比為(0.7?1.5):1; .2)將乳濁液A置于烘箱中反應(yīng)，得到固態(tài)產(chǎn)物B; .3)將固態(tài)產(chǎn)物B研磨后，經(jīng)熱處理得到鈦酸鋰C; .4)將鈦酸鋰C加入蒸餾水并超聲分散，得到鈦酸鋰水溶液，再加入表面活性劑，得到溶液D; .5)將聚苯胺按照鈦酸鋰C:聚苯胺=1:(25?100)的摩爾比滴入溶液D中，得到混合溶液E； .6)將混合溶液E放入0-50C的冷水浴中攪拌后，向其逐滴加入鹽酸溶液，得到混合溶液F； .7)將催化劑和氧化劑混合溶液逐滴加入混合溶液F，得到溶液G; .8)將溶液G攪拌均勻后加入反應(yīng)終止劑，并繼續(xù)攪拌，得到懸濁液H; .9)將懸濁液H離心后得到最終沉淀，最后進(jìn)行真空干燥即得到鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倍率性能良好的鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟I)中含鋰溶液中的鋰離子濃度為0.2?5mo I/L，含鋰溶液為碳酸鋰、草酸鋰、醋酸鋰或氫氧化鋰的水溶液。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倍率性能良好的鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟I)中攪拌是在20?100°C下，磁力攪拌20?120min。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倍率性能良好的鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟2)中烘箱溫度為70?100 0C，反應(yīng)時間為I?48h。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倍率性能良好的鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟3)中熱處理具體為:以6?10°C/min的升溫速率升溫至400?1000°C后保溫2?15h，然后冷卻至室溫。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倍率性能良好的鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟4)中每IL蒸餾水中加入I?3mol鈦酸鋰C，超聲分散時間為I?5h，表面活性劑按照鈦酸鋰C:表面活性劑為1:0.1?1:0.3的質(zhì)量比加入，所述表面活性劑為溴化十六烷基三甲銨、十二烷基苯磺酸鈉或十二烷基硫酸鈉。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倍率性能良好的鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟6)中攪拌為磁力攪拌，攪拌時間為I?5h，鹽酸溶液的濃度為lmol/L?3mol/L08.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倍率性能良好的鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟7)中催化劑為三氧化鎢、五氧化二釩或二氧化鈦;氧化劑為雙氧水、高錳酸鉀或三氯化鐵，步驟8)中的反應(yīng)終止劑為碘化鉀。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倍率性能良好的鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟5)至步驟8)中聚苯胺、鹽酸、催化劑、氧化劑、反應(yīng)終止劑的添加量依次按照物質(zhì)量之比為1:1:0.02:5:0.006進(jìn)行添加。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倍率性能良好的鈦酸鋰/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟8)中將溶液G磁力攪拌I?5h時間后加入反應(yīng)終止劑，并將攪拌溫度調(diào)為60 °C,繼續(xù)攪拌I?5h后，得到懸濁液H;步驟9)中真空干燥的溫度為90?110 °C，時間為6?12h0
【文檔編號】H01M4/36GK106058182SQ201610532992
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月7日
【發(fā)明人】黃劍鋒, 李瑞梓, 惠亞妮, 李文斌, 許占位, 曹麗云, 李嘉胤, 楊欣
【申請人】陜西科技大學(xué)