CN112271085A - 一种钛酸铁纳米材料的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
一种钛酸铁纳米材料的制备方法及其应用，本制备方法将预锂化的钛酸铁作为锂离子混合超级电容器的负极活性物质，公开的制备方法简单，反应前后无污染且成本相对较低。同时，其颗粒尺寸较小，且由颗粒组装成的链状结构有利于电子和锂离子的传输。与其他负极材料相比，预锂化的钛酸铁纳米负极材料具有较高的比容量，且锂离子电容器输出电压可以达到4.5 V，较大地提高了锂离子电容器的能量密度，使其兼具锂离子电池的高能量密度特性和双电层电容器的高功率密度特性。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，涉及纳米材料的制备，尤其涉及一种钛酸铁纳米负极材料的制备方法及其应用。
背景技术
随着社会的快速发展，人们对能源的需求越来越大，对电化学储能设备的要求越来越高。其中，超级电容器和锂离子电池分别因为它们的功率密度高和能量密度高的优点，在过去几年中受到了大家的关注。但是，超级电容器的能量密度低，而锂离子电池的循环稳定性差且功率密度低，这些缺点是她们不能满足未来人类对于能源的大量需求，大大限制了它们的实际应用，因此，迫切需要开发一种高功率密度和高能量密度的新型的储能装置。
由电池型电极材料和电容型电极材料组成的锂离子电容器因其特殊的储能机理，被认为是能整合高能量密度和高功率密度优点的理想设备之一。其中锂离子电容器的正极是电容型材料，其充放电过程是双电层电容行为，通过对阴离子的物理吸附与脱附实现能量的存储与释放，反应速率较快，而锂离子电容器的负极是电池型材料，充放电过程中，受锂离子扩散过程影响，反应动力学相对较慢，因此导致正负极之间存在动力学差距，正负极不匹配易造成容量衰减，尤其影响了大电流密度下的快速充放电，大大限制了其实际应用。因此，开发合适的负极电极材料以减小两极之间的动力学之差至关重要。
通过调查研究发现，为实现高性能的锂离子电容器，电池型负极材料通常是嵌入型材料，因为它们的特殊结构有利于Li+的快速嵌入与脱出。钛基化合物是用于电化学储能的最具代表性的嵌锂型电极材料，由于它们的高安全性，低成本和超长循环性能受到了很多学者的关注。其中，钛酸铁（FeTi2O5）具有较高的理论容量，可以作为锂离子电容器的负极材料使用。但是，钛酸铁的本征电导率和离子传输率不高，且目前所制得的钛酸铁多为块状或非纯相材料，使得其电化学性能受到限制。
本发明通过简单的静电纺丝的方法，成功制备了链状结构的钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料，有效减小了颗粒粒径，缩短了锂离子的传输距离，且其链状结构具有一维导向性，也有利于离子的快速传输，从而增大负极材料的反应动力学。将钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料预锂化后与碳材料匹配，组装成锂离子电容器，其输出的电压可以达到4.5 V，功率密度和能量密度得到提升，具有一定的实际应用前景。
发明内容
本发明的目的是通过以下技术措施来达到的：一种钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
A1、将铁源、钛源和聚丙烯腈（PAN）按一定比例溶解在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，持续搅拌12 h，即得混合均匀的纺丝液；
B2、将步骤A中所得到的纺丝液装入10 mL注射器中，并选用18号注射器针头，将电压设置为10 kV，流速设置为1 mL h-1，进行静电纺丝，把所得到的电纺纤维收集在Al箔上；
C3、将步骤B所收集到的电纺纤维在空气气氛中700～900℃煅烧0.5～2 h，升温速率为5℃ min-1，即得钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料。
作为一种优选方案，所述铁源、钛源、聚丙烯腈（PAN）与N,N-二甲基甲酰胺（DMF）的用量比为1～3 mmol：1～6 mmol：0.2～1 g：5～10 ml。
作为一种优选方案，所述铁源、钛源、聚丙烯腈（PAN）与N,N-二甲基甲酰胺（DMF）的用量比为1 mmol：2 mmol：0.5 g：10 ml。
作为一种优选方案，所述铁源包括氯化铁、硝酸铁、乙酰丙酮铁；所述钛源包括钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、四氯化钛。
作为一种优选方案，所述铁源为乙酰丙酮铁；所述钛源为钛酸四丁酯。
一种如上述所述的钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料的制备方法得到的钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料应用于一种锂离子电容器，包括正极片、负极片、隔膜、垫片、垫圈及电解液。
作为一种优选方案，所述正极片为科琴超导炭黑，所述负极片由负极材料经过预锂化而成，所述电解液为1 M LiPF6。
作为一种优选方案，所述负极片是在铜片表面涂覆由负极活性材料、导电剂、分散剂及粘结剂组成的负极浆料，所述负极活性材料为钛酸铁；所述导电剂为科琴超导炭黑Ketjenblack EC-600JD；所述分散剂为氮甲基吡咯烷酮（NMP）；所述粘结剂为油性粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)；质量百分比依次为80%、10%、10%。
作为一种优选方案，所述预锂化是将上述负极材料组装成2032纽扣电池，在0.01～3 V电势窗口下，以100 mA/g电流密度下预锂化十圈，得到LixFeTi2-xO5负极片。
作为一种优选方案，所述正极材料是以科琴超导炭黑Ketjenblack EC-600JD与粘结剂（PTFE）按9：1质量比混合，用乙醇作为分散剂组成正极浆料，将其涂覆在铝片上，在80℃风箱干燥6 h。作为优选，负极片上活性质量（0.3～0.5 mg）与正极片上活性质量比值分别为1：5、1：6、1：7、1：8。
将上述不同质量比负极片与正极片以六氟磷酸锂为电解液，组装成全电池器件，在0.01～4.5 V电势窗口下，以不同扫描速率测得其循环伏安曲线，在电流密度下测试其倍率性能及循环性能，结果表明负极片（0.5 mg）与正极片活性材料（4 mg）质量比为1：8的时候性能最佳，得到最大功率密度为1125 W/kg，最大能量密度为112 Wh/kg。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明将预锂化的钛酸铁（LixFeTi2-xO5）作为锂离子混合超级电容器的负极活性物质，是一种新的高能量密度的负极材料。公开的制备方法简单，反应前后无污染且成本相对较低。同时，其颗粒尺寸较小，且由颗粒组装成的链状结构有利于电子和锂离子的传输。与其他负极材料相比，预锂化的钛酸铁纳米负极材料具有较高的比容量，且锂离子电容器输出电压可以达到4.5 V，较大地提高了锂离子电容器的能量密度，使其兼具锂离子电池的高能量密度特性和双电层电容器的高功率密度特性。
附图说明
图1. 实施例1所得钛酸铁纳米材料的X射线粉末衍射图（XRD）；
图2. 实施例1所得钛酸铁的扫描电镜图片（SEM）；
图3. 实施例1所得钛酸铁的倍率性能和循环稳定性图片；
图4. 实施例1所得钛酸铁和科琴超导炭黑组装成锂离子电容器后的功率密度与能量密度图片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明，但本发明并不局限于以下实施例。
实施例1
一种钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料的制备方法，包括：
A、将1 mmol的乙酰丙酮铁、2 mmol的钛酸四丁酯和0.5 g的PAN加入到25 mL烧杯中，加入10 mL DMF后搅拌12 h，即得混合均匀的纺丝液；
B、将步骤A中所得到的纺丝液装入10 mL注射器中，并选用18号注射器针头，将电压设置为10 kV，流速设置为1 mL h-1，进行静电纺丝，把所得到的电纺纤维收集在Al箔上；
C、将步骤B所收集到的电纺纤维在空气气氛中900℃煅烧0.5 h，升温速率为5℃ min-1，即得钛酸铁纳米材料；
图1中，各衍射峰位置和相对强度均与JPCDS卡片（#41-1432）相吻合，表明产物为钛酸铁（FeTi2O5）。
将本实施例制得的钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料与导电剂和粘结剂按8：1：1制作成电极，并与锂片组装成半电池，进行性能测试。在1.0 A/g电流密度下进行了1000次循环，循环过程中性能稳定性较好，如图3所示。
将本实施例所制得的钛酸铁纳米材料预锂化后与科琴超导炭黑制作成锂离子电容器，进行性能测试，得到最大功率密度为11250 W/Kg，最大能量密度为112 Wh/Kg，其性能如图4所示。
实施例2
一种钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
A、将1 mmol的乙酰丙酮铁、3 mmol的钛酸四丁酯和0.2 g的PAN加入到25 mL烧杯中，加入5 mL DMF后搅拌12 h，即得混合均匀的纺丝液；
B、将步骤A中所得到的纺丝液装入10 mL注射器中，并选用18号注射器针头，将电压设置为10 kV，流速设置为1 mL h-1，进行静电纺丝，把所得到的电纺纤维收集在Al箔上；
C、将步骤B所收集到的电纺纤维在空气气氛中800℃煅烧0.5 h，升温速率为5℃ min-1，即得钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料；
将本实施例制得的钛酸铁纳米材料预锂化后与科琴导电炭黑制作成锂离子电容器，进行性能测试。得到最大功率密度为11000 W/Kg，最大能量密度为100 Wh/Kg。
实施例3
一种钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
A、将2 mmol的乙酰丙酮铁、2 mmol的钛酸四丁酯和0.5 g的PAN加入到25 mL烧杯中，加入10 mL DMF后搅拌12 h，即得混合均匀的纺丝液；
B、将步骤A中所得到的纺丝液装入10 mL注射器中，并选用18号注射器针头，将电压设置为10 kV，流速设置为1 mL h-1，进行静电纺丝，把所得到的电纺纤维收集在Al箔上；
C、将步骤B所收集到的电纺纤维在空气气氛中800℃煅烧1 h，升温速率为5℃ min-1，即得钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料。
将本实施例制得的钛酸铁纳米材料预锂化后与科琴导电炭黑制作成锂离子电容器，进行性能测试。得到最大功率密度为10000 W/Kg，最大能量密度为90 Wh/Kg。
实施例4
一种钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
A、将2 mmol的乙酰丙酮铁、1 mmol的钛酸四丁酯和0.5 g的PAN加入到25 mL烧杯中，加入5 mL DMF后搅拌12 h，即得混合均匀的纺丝液；
B、将步骤A中所得到的纺丝液装入10 mL注射器中，并选用18号注射器针头，将电压设置为10 kV，流速设置为1 mL h-1，进行静电纺丝，把所得到的电纺纤维收集在Al箔上；
C、将步骤B所收集到的电纺纤维在空气气氛中900℃煅烧1 h，升温速率为5℃ min-1，即得钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料。
将本实施例制得的钛酸铁纳米材料预锂化后与科琴导电炭黑制作成锂离子电容器，进行性能测试。得到最大功率密度为9500 W/Kg，最大能量密度为80 Wh/Kg。
实施例5
一种钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
A、将2 mmol的乙酰丙酮铁、4 mmol的钛酸四丁酯和0.5 g的PAN加入到25 mL烧杯中，加入10 mL DMF后搅拌12 h，即得混合均匀的纺丝液；
B、将步骤A中所得到的纺丝液装入10 mL注射器中，并选用18号注射器针头，将电压设置为10 kV，流速设置为1 mL h-1，进行静电纺丝，把所得到的电纺纤维收集在Al箔上；
C、将步骤B所收集到的电纺纤维在空气气氛中800℃煅烧1 h，升温速率为5℃ min-1，即得钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料。
将本实施例制得的钛酸铁纳米材料预锂化后与科琴导电炭黑制作成锂离子电容器，进行性能测试。得到最大功率密度为10005 W/Kg，最大能量密度为95 Wh/Kg。
实施例6
一种钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
A、将1 mmol的乙酰丙酮铁、3 mmol的钛酸四丁酯和0.5 g的PAN加入到25 mL烧杯中，加入10 mL DMF后搅拌12 h，即得混合均匀的纺丝液；
B、将步骤A中所得到的纺丝液装入10 mL注射器中，并选用18号注射器针头，将电压设置为10 kV，流速设置为1 mL h-1，进行静电纺丝，把所得到的电纺纤维收集在Al箔上；
C、将步骤B所收集到的电纺纤维在空气气氛中900℃煅烧1 h，升温速率为5℃ min-1，即得钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料。
将本实施例制得的钛酸铁纳米材料预锂化后与科琴导电炭黑制作成锂离子电容器，进行性能测试。得到最大功率密度为9000 W/Kg，最大能量密度为85 Wh/Kg。
实施例7
一种钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
A、将1 mmol的乙酰丙酮铁、4 mmol的钛酸四丁酯和1 g的PAN加入到25 mL烧杯中，加入10 mL DMF后搅拌12 h，即得混合均匀的纺丝液；
B、将步骤A中所得到的纺丝液装入10 mL注射器中，并选用18号注射器针头，将电压设置为10 kV，流速设置为1 mL h-1，进行静电纺丝，把所得到的电纺纤维收集在Al箔上；
C、将步骤B所收集到的电纺纤维在空气气氛中800℃煅烧1 h，升温速率为5℃ min-1，即得钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料。
将本实施例制得的钛酸铁纳米材料预锂化后与科琴导电炭黑制作成锂离子电容器，进行性能测试。得到最大功率密度为8500 W/Kg，最大能量密度为80 Wh/Kg。
实施例8
一种钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
A、将1 mmol的乙酰丙酮铁、4 mmol的钛酸四丁酯和1 g的PAN加入到25 mL烧杯中，加入10 mL DMF后搅拌12 h，即得混合均匀的纺丝液；
B、将步骤A中所得到的纺丝液装入10 mL注射器中，并选用18号注射器针头，将电压设置为10 kV，流速设置为1 mL h-1，进行静电纺丝，把所得到的电纺纤维收集在Al箔上；
C、将步骤B所收集到的电纺纤维在空气气氛中800℃煅烧1 h，升温速率为5℃ min-1，即得钛酸铁（FeTi2O5）纳米材料。
将本实施例制得的钛酸铁纳米材料预锂化后与科琴导电炭黑制作成锂离子电容器，进行性能测试。得到最大功率密度为8425 W/Kg，最大能量密度为75 Wh/Kg。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种钛酸铁纳米材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、将铁源、钛源和聚丙烯腈按一定比例溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，持续搅拌12 h，即得混合均匀的纺丝液；
B、将步骤A中所得到的纺丝液装入10 mL注射器中，并选用18号注射器针头，将电压设置为10 kV，流速设置为1mLh-1，进行静电纺丝，把所得到的电纺纤维收集在Al箔上；
C、将步骤B所收集到的电纺纤维在空气气氛中700～900℃煅烧0.5～2 h，升温速率为5℃ min-1，即得钛酸铁纳米材料。
2.如权利要求1所述的一种钛酸铁纳米材料的制备方法，其特征在于：所述铁源、钛源、聚丙烯腈与N,N-二甲基甲酰胺的用量比为1～3mmol：1～6mmol：0.2～1g：5～10ml。
3.如权利要求1所述的一种钛酸铁纳米材料的制备方法，其特征在于：所述铁源、钛源、聚丙烯腈与N,N-二甲基甲酰胺的用量比为1mmol：2mmol：0.5g：10ml。
4.如权利要求1所述的一种钛酸铁纳米材料的制备方法，其特征在于：所述铁源包括氯化铁、硝酸铁、乙酰丙酮铁；所述钛源包括钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、四氯化钛。
5.如权利要求1所述的一种钛酸铁纳米材料的制备方法，其特征在于：所述铁源为乙酰丙酮铁；所述钛源为钛酸四丁酯。
6.一种如上述所述的钛酸铁纳米材料的制备方法得到的钛酸铁纳米材料应用于一种锂离子电容器，其特征在于：包括正极片、负极片、隔膜、垫片、垫圈及电解液。
7.如权利要求6所述的一种锂电子电容器，其特征在于：所述正极片为科琴超导炭黑，所述负极片由负极材料经过预锂化而成，所述电解液为1 M LiPF6。
8.如权利要求6所述的一种锂电子电容器，其特征在于：所述负极片是在铜片表面涂覆由负极活性材料、导电剂、分散剂及粘结剂组成的负极浆料，所述负极活性材料为钛酸铁；所述导电剂为科琴超导炭黑Ketjenblack EC-600JD；所述分散剂为氮甲基吡咯烷酮；所述粘结剂为油性粘结剂聚偏氟乙烯；质量百分比依次为80%、10%、10%。
9.如权利要求7所述的一种锂电子电容器，其特征在于：所述预锂化是将上述负极材料组装成2032纽扣电池，在0.01～3 V电势窗口下，以100 mA/g电流密度下预锂化十圈，得到LixFeTi2-xO5负极片。
10.如权利要求6所述的一种锂电子电容器，其特征在于：所述正极片是以科琴超导炭黑Ketjenblack EC-600JD与粘结剂按9：1质量比混合，用乙醇作为分散剂组成正极浆料，将其涂覆在铝片上，在80℃风箱干燥6 h。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115557539A (zh) * | 2022-10-17 | 2023-01-03 | 江苏大学 | 一维FeNbO4纳米链材料的制备方法及储锂应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104900842A (zh) * | 2015-06-16 | 2015-09-09 | 广东工业大学 | 一种锂离子电池钛酸铁锂LiFeTiO4纳米复合正极材料的制备方法 |
| CN104916449A (zh) * | 2015-06-16 | 2015-09-16 | 广东工业大学 | 一种超级电容器钛酸铁纳米花电极材料的制备方法 |
| CN106981640A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-07-25 | 新疆大学 | 一种新型锂离子电池负极材料钛酸铁锂/碳复合纳米管 |
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| CN104916449A (zh) * | 2015-06-16 | 2015-09-16 | 广东工业大学 | 一种超级电容器钛酸铁纳米花电极材料的制备方法 |
| CN106981640A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-07-25 | 新疆大学 | 一种新型锂离子电池负极材料钛酸铁锂/碳复合纳米管 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 朱王芹: "钛基氧化物负极材料的可控制备及其锂离子电容器性能研究", 《万方数据》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115557539A (zh) * | 2022-10-17 | 2023-01-03 | 江苏大学 | 一维FeNbO4纳米链材料的制备方法及储锂应用 |
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