[发明专利]一种纳米聚苯胺-碳酸锂负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，具体地说是一种纳米聚苯胺-碳酸锂负极材料的制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，人们对化学电源(电池)的性能提出了更高的要求。如：集成电路技术的发展使电子仪器日趋小型化、便携化，相应地要求电池具有体积小、重量轻、比能量高的特点；空间探索技术和国防、军事装备技术的不断发展要求电池具有高比能量和长贮存寿命；环境保护意识的加强使人们对电动汽车的发展日益关注，而这种电池则应具有大的比能量和比功率。在众多的电池体系中，铿电池以其工作电压高、能量密度大和质量轻等优点脱颖而出，受到世界各国的重视。

Li₄Ti₅O₁₂材料是尖晶石稳定构型，在嵌入Li⁺时，转变为岩盐结构的Li₇Ti₅O₁₂，脱嵌则还原为Li₄Ti₅O₁₂。在充放电过程中结构和体积变化均很小，有稳定的电压平台，被称为“零应变”材料，这也使它具有诸多优良的电化学性质。与传统的碳负极材料相比，其安全性能更好，耐过充能力更好，在充放电过程中，不会导致Li金属的析出，使电池安全性能大大提高；Li₄Ti₅O₁₂快速充放电性能更好，在充放电过程中结构稳定，高倍率循环性能依然保持较好；Li₄Ti₅O₁₂循环性能更好，Li₄Ti₅O₁₂在浅DOC测试中循环次数可达4000次以上；Li₄Ti₅O₁₂锂离子扩散系数更高，通常比碳材料高一个数量级。正是以上的诸多优点，使Li₄Ti₅O₁₂成为极具前景的锂离子电池负极材料，并引起了全球科学家的广泛关注。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可重复性强、成本低，对环境无污染、循环稳定性强、导电性强的聚苯胺/钛酸锂负极材料的制备方法。

为实现上述目的，设计一种纳米聚苯胺-碳酸锂负极材料的制备方法，其特征在于采用如下制备步骤：

(1)、在无水乙醇溶液中加入KCl，所述的无水乙醇与KCl的摩尔比为1000∶1～20，搅拌5min得溶液；再在溶液中加入四异丙醇钛，所述的溶液中的KCl与四异丙醇钛的摩尔比为1∶10～1000，以1～20r/min慢速搅拌，直到出现白色浑浊，停止搅拌，用封口膜封口，室温沉降24h，干燥后即得到前驱体TiO₂粉末；

(2)、将LiOH·H₂O，溶解在3000ml的无水乙醇中得混合液，按混合液∶去离子水的体积比＝1∶1混合形成混合溶液，搅拌10min，加入前驱体TiO₂粉末，继续搅拌10min，得中间溶液；所述的LiOH·H₂O与前驱体TiO₂粉末的摩尔比为4∶5；

(3)、将中间溶液转入5000ml水热反应釜中，以180℃水热反应1～24h，取出自然冷却至室温后，将反应釜中的清夜倒去，取下层白色沉淀，用去离子水反复清洗至中性，在60℃电热鼓风烘箱中完全干燥，即得到水热产物；

(4)、将水热产物，在箱式马弗炉中以1℃/min的速度升温到300～700℃，煅烧60min，而后程序降温，煅烧后得到的产物即为Li₄Ti₅O₁₂产物；

(5)、无机酸水溶液中，搅拌情况下，加入抗冻剂、钛酸锂粉末，降温至0℃以下后，加入苯胺搅拌至完全溶解后，再加入过硫酸盐搅拌溶解后抽 滤，取固体产物，分别用去离子水和盐酸洗涤固体产物，真空干燥，即可得到聚苯胺/钛酸锂负极；所述的过硫酸盐与苯胺的重量比为1∶1～1000；所述的盐酸采用浓度为0.1～0.2mol/L的稀盐酸。

所述水热反应采用夹套水热法、微波水热或均相水热中的任一种。

所述无机酸水溶液为盐酸、硫酸、硝酸中的任一种的水溶液，其中所述的水溶液中H⁺的物质的量浓度为1～6mol/L。

所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠的一种或多种。