[發明專利]一種納米聚苯胺-碳酸鋰負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201610421051.0
• 申請日: 2016-06-14
• 公開（公告）號: CN107507965A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 仲林;謝秋生;吳志紅;胡再冉;陳然;張鵬昌;薄維通
• 申請（專利權）人: 上海杉杉科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;B82Y30/00
• 代理公司: 上海宣宜專利代理事務所(普通合伙)31288
• 代理人: 陳酩

技術領域

本發明涉及電池材料技術領域，具體地說是一種納米聚苯胺-碳酸鋰負極材料的制備方法。

背景技術

隨著科學技術的發展，人們對化學電源(電池)的性能提出了更高的要求。如：集成電路技術的發展使電子儀器日趨小型化、便攜化，相應地要求電池具有體積小、重量輕、比能量高的特點；空間探索技術和國防、軍事裝備技術的不斷發展要求電池具有高比能量和長貯存壽命；環境保護意識的加強使人們對電動汽車的發展日益關注，而這種電池則應具有大的比能量和比功率。在眾多的電池體系中，鏗電池以其工作電壓高、能量密度大和質量輕等優點脫穎而出，受到世界各國的重視。

Li₄Ti₅O₁₂材料是尖晶石穩定構型，在嵌入Li⁺時，轉變為巖鹽結構的Li₇Ti₅O₁₂，脫嵌則還原為Li₄Ti₅O₁₂。在充放電過程中結構和體積變化均很小，有穩定的電壓平臺，被稱為“零應變”材料，這也使它具有諸多優良的電化學性質。與傳統的碳負極材料相比，其安全性能更好，耐過充能力更好，在充放電過程中，不會導致Li金屬的析出，使電池安全性能大大提高；Li₄Ti₅O₁₂快速充放電性能更好，在充放電過程中結構穩定，高倍率循環性能依然保持較好；Li₄Ti₅O₁₂循環性能更好，Li₄Ti₅O₁₂在淺DOC測試中循環次數可達4000次以上；Li₄Ti₅O₁₂鋰離子擴散系數更高，通常比碳材料高一個數量級。正是以上的諸多優點，使Li₄Ti₅O₁₂成為極具前景的鋰離子電池負極材料，并引起了全球科學家的廣泛關注。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種可重復性強、成本低，對環境無污染、循環穩定性強、導電性強的聚苯胺/鈦酸鋰負極材料的制備方法。

為實現上述目的，設計一種納米聚苯胺-碳酸鋰負極材料的制備方法，其特征在于采用如下制備步驟：

(1)、在無水乙醇溶液中加入KCl，所述的無水乙醇與KCl的摩爾比為1000∶1～20，攪拌5min得溶液；再在溶液中加入四異丙醇鈦，所述的溶液中的KCl與四異丙醇鈦的摩爾比為1∶10～1000，以1～20r/min慢速攪拌，直到出現白色渾濁，停止攪拌，用封口膜封口，室溫沉降24h，干燥后即得到前驅體TiO₂粉末；

(2)、將LiOH·H₂O，溶解在3000ml的無水乙醇中得混合液，按混合液∶去離子水的體積比＝1∶1混合形成混合溶液，攪拌10min，加入前驅體TiO₂粉末，繼續攪拌10min，得中間溶液；所述的LiOH·H₂O與前驅體TiO₂粉末的摩爾比為4∶5；

(3)、將中間溶液轉入5000ml水熱反應釜中，以180℃水熱反應1～24h，取出自然冷卻至室溫后，將反應釜中的清夜倒去，取下層白色沉淀，用去離子水反復清洗至中性，在60℃電熱鼓風烘箱中完全干燥，即得到水熱產物；

(4)、將水熱產物，在箱式馬弗爐中以1℃/min的速度升溫到300～700℃，煅燒60min，而后程序降溫，煅燒后得到的產物即為Li₄Ti₅O₁₂產物；

(5)、無機酸水溶液中，攪拌情況下，加入抗凍劑、鈦酸鋰粉末，降溫至0℃以下后，加入苯胺攪拌至完全溶解后，再加入過硫酸鹽攪拌溶解后抽 濾，取固體產物，分別用去離子水和鹽酸洗滌固體產物，真空干燥，即可得到聚苯胺/鈦酸鋰負極；所述的過硫酸鹽與苯胺的重量比為1∶1～1000；所述的鹽酸采用濃度為0.1～0.2mol/L的稀鹽酸。

所述水熱反應采用夾套水熱法、微波水熱或均相水熱中的任一種。

所述無機酸水溶液為鹽酸、硫酸、硝酸中的任一種的水溶液，其中所述的水溶液中H⁺的物質的量濃度為1～6mol/L。

所述過硫酸鹽為過硫酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鈉的一種或多種。