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一种锂离子电池负极材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯(GO)超声分散均匀，分别加入十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液和苯胺进行混合，超声形成稳定均匀的混合液，冰水浴搅拌并逐滴加入用盐酸酸化的过硫酸铵(APS)，继续冰水浴搅拌12小时，将得到的墨绿色溶液离心水洗得到凝胶状物质，再将其超声分散于盐酸溶液中，然后向其中滴加钛酸四丁脂(TBOT)继续超声，最后将其在室温下搅拌1小时，在180℃下水热12小时离心、水洗、冻干，即得锂离子电池负极材料；本发明工艺过程简单、操作性强，大大提高了电池的比容量以及倍率性能，解决了现有技术中存在的锂离子电池负极材料的稳定性差与倍率性能低的技术问题。

Description

一种锂离子电池负极材料的制备方法
[技术领域]
本发明属于电化学技术领域，具体地说是一种锂离子电池负极材料的制备方法。
[背景技术]
随着新能源领域技术的快速发展，人们对于储能及电子产品等的电池研发的关注度越来越高。而锂离子电池因具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应、工作范围宽等优点而被广泛应用。目前，商业化的锂离子电池负极材料主要以石墨为主，其理论比容量为372mAh/g，限制了其容量的进一步提高。同时，由于其嵌锂方式一般为断面嵌入，不适合快速充放电，限制了其在高功率领域中的应用。因此，业界一直在致力于对锂离子电池负极材料的改性，以提高锂离子电池负极材料的电化学性能，从而获得稳定性好、易控制的负极材料。
[发明内容]
本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种锂离子电池负极材料的制备方法，工艺过程简单、操作性强，大大提高了电池的比容量以及倍率性能，解决了现有技术中所存在的锂离子电池负极材料的稳定性差与倍率性能低的技术问题。
为实现上述目的设计一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)通过原位聚合的方法制备聚苯胺功能化的石墨烯片：将苯胺和十二烷基硫酸钠一起加入到水中超声分散，将分散好的混合溶液与超声分散好的氧化石墨烯混合，继续超声10-50分钟，形成稳定均匀的混合液，然后在冰水浴中搅拌，并加入用1mol/L盐酸酸化过的过硫酸铵，保持冰水浴搅拌10-20小时，再将得到的混合液经过离心水洗3-5次，即得到聚苯胺功能化的石墨烯片；(2)聚苯胺包覆二氧化钛：将步骤(1)得到的聚苯胺/石墨烯复合材料超声分散在1mol/L盐酸溶液中，再向其中加入钛酸四丁酯，边超声边滴加，将得到的混合液在室温下搅拌1小时，然后装入水热釜中，在180℃下水热反应12小时，最后离心水洗3-5次，再冻干，即得到锂离子电池负极材料聚苯胺包覆的二氧化钛。
进一步地，步骤(1)中，所述苯胺与十二烷基硫酸钠的物料比为0.1-0.3ml：6-10mg，所述苯胺与氧化石墨烯的物料比为0.1-0.2ml:20-40mg，所述过硫酸铵与盐酸的物料比为0.5-1g:50ml，所述过硫酸铵与氧化石墨烯的物料比为0.5-1g:20-40mg。
进一步地，步骤(2)中，所述盐酸与氧化石墨烯的物料比为10ml:20-40mg，所述钛酸四丁酯与苯胺的体积比为2:1。
进一步地，步骤(1)中，在超声和搅拌的过程中，保持水温为0-5℃。
进一步地，步骤(2)中，所述钛酸四丁脂加入时，是在超声波中进行，且缓慢滴加。
本发明同现有技术相比，利用原位生长聚苯胺功能化的石墨烯片可以有效的增强该复合材料的导电性，大大提高了电池的比容量以及倍率性能，从而获得高性能的锂离子电池负极材料；此外，本发明工艺过程简单、操作性强，设备投入少，生产成本低，所得聚苯胺包覆二氧化钛复合材料的电化学稳定性好、易控制、比容量高、循环性能好、倍率性能优异，适合于动力电池应用领域，值得推广应用。
[附图说明]
图1为本发明实施例1中PANITiO2的SEM图；
图2为本发明实施例1中PANITiO2的Xrd图；
图3为本发明实施例1中PANITiO2的倍率性能图。
[具体实施方式]
本发明提供了一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)通过原位聚合的方法制备聚苯胺功能化的石墨烯片：将苯胺和十二烷基硫酸钠(SDS)一起加入到水中超声分散，所述苯胺与十二烷基硫酸钠的物料比为0.1-0.3ml：6-10mg，将分散好的混合溶液与超声分散好的氧化石墨烯(GO)混合，所述苯胺与氧化石墨烯的物料比为0.1-0.2ml:20-40mg，继续超声10-50分钟，形成稳定均匀的混合液，然后在冰水浴中搅拌，并逐滴加入用1mol/L盐酸酸化过的过硫酸铵(APS)，所述过硫酸铵与盐酸的物料比为0.5-1g:50ml，所述过硫酸铵与氧化石墨烯的物料比为0.5-1g:20-40mg，保持冰水浴搅拌10-20小时，再将得到的混合液经过离心水洗3-5次，即得到聚苯胺功能化的石墨烯片；该步骤在超声和搅拌的过程中，需保持水温为0-5℃；
(2)聚苯胺包覆二氧化钛：将步骤(1)得到的聚苯胺/石墨烯复合材料超声分散在1mol/L盐酸溶液中，所述盐酸与氧化石墨烯的物料比为10ml:20-40mg，再向其中加入钛酸四丁酯(TBOT)，边超声边滴加，所述钛酸四丁酯与苯胺的体积比为2:1，将得到的混合液在室温下搅拌1小时，然后装入水热釜中，在180℃下水热反应12小时，最后离心水洗3-5次，再冻干，即得到锂离子电池负极材料聚苯胺包覆的二氧化钛；该步骤中，钛酸四丁脂加入时，是在超声波中进行，且缓慢滴加。
下面结合具体实施例对本发明作以下进一步说明：
实施例1
一种锂离子电池负极材料的制备方法，步骤如下：
将0.3ml的苯胺和10mg十二烷基硫酸钠一起加入到50ml水中超声分散，将分散好的苯胺溶液与60ml(0.5mg/ml)的GO分散液混合，继续超声15min，形成稳定均匀的混合液，冰水浴搅拌，再用50ml(1mol/L)HCl酸化0.7g的过硫酸铵，溶液逐渐变成墨绿色，保持冰水浴搅拌12小时，再将得到的溶液离心水洗3次，得到凝胶状物质；再将其超声分散在180ml水中，向其中滴加10ml(1mol/L)HCl，边超声边缓慢滴加0.8ml的钛酸四丁酯，然后将其在室温中搅拌1小时，再装入水热釜中，在180℃下反应12小时，最后进行离心水洗3次，冻干得到锂离子电池负极材料聚苯胺包覆的二氧化钛。
实施例2
一种锂离子电池负极材料的制备方法，步骤如下：
将0.2ml的苯胺和8mg十二烷基硫酸钠一起加入到50ml水中超声分散，将分散好的苯胺溶液与30ml(0.5mg/ml)的GO分散液混合，继续超声15min，形成稳定均匀的混合液，冰水浴搅拌，再用25ml(1mol/L)HCl酸化0.35g的过硫酸铵，溶液逐渐变成墨绿色，保持冰水浴搅拌12小时，再将得到的溶液离心水洗3次，得到凝胶状物质；再将其超声分散在90ml水中，向其中滴加5ml(1mol/L)HCl，边超声边缓慢滴加0.4ml的钛酸四丁酯，然后将其在室温中搅拌1小时，再装入水热釜中，在180℃下反应12小时，最后进行离心水洗5次，冻干得到锂离子电池负极材料聚苯胺包覆的二氧化钛。
可见，将原位生长的聚苯胺功能化的石墨烯片可以有效地增强该复合材料的导电性，大大提高了电极的比容量以及倍率性能，从而获得高性能的锂离子电池负极材料。
本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
(1)通过原位聚合的方法制备聚苯胺功能化的石墨烯片：
将苯胺和十二烷基硫酸钠一起加入到水中超声分散，将分散好的混合溶液与超声分散好的氧化石墨烯混合，继续超声10-50分钟，形成稳定均匀的混合液，然后在冰水浴中搅拌，并加入用1mol/L盐酸酸化过的过硫酸铵，保持冰水浴搅拌10-20小时，再将得到的混合液经过离心水洗3-5次，即得到聚苯胺功能化的石墨烯片；
(2)聚苯胺包覆二氧化钛：
将步骤(1)得到的聚苯胺/石墨烯复合材料超声分散在1mol/L盐酸溶液中，再向其中加入钛酸四丁酯，边超声边滴加，将得到的混合液在室温下搅拌1小时，然后装入水热釜中，在180℃下水热反应12小时，最后离心水洗3-5次，再冻干，即得到锂离子电池负极材料聚苯胺包覆的二氧化钛。
2.如权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述苯胺与十二烷基硫酸钠的物料比为0.1-0.3ml：6-10mg，所述苯胺与氧化石墨烯的物料比为0.1-0.2ml:20-40mg。
3.如权利要求2所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述过硫酸铵与盐酸的物料比为0.5-1g:50ml，所述过硫酸铵与氧化石墨烯的物料比为0.5-1g:20-40mg。
4.如权利要求2或3所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述盐酸与氧化石墨烯的物料比为10ml:20-40mg，所述钛酸四丁酯与苯胺的体积比为2:1。
5.如权利要求4所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，在超声和搅拌的过程中，保持水温为0-5℃。
6.如权利要求5所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述钛酸四丁脂加入时，是在超声波中进行，且缓慢滴加。
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