聚苯胺包覆钛酸锂锌负极材料的制备及表征

doi:10.3969/j.issn.1672-6952.2022.01.001

辽宁石油化工大学学报 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (1): 1-6.DOI: 10.3969/j.issn.1672-6952.2022.01.001

聚苯胺包覆钛酸锂锌负极材料的制备及表征

荀瑞(), 王利娟()

辽宁石油化工大学石油化工学院，辽宁抚顺 113001

收稿日期:2021-04-07 修回日期:2021-04-30 出版日期:2022-02-28 发布日期:2022-03-07
通讯作者: 王利娟
作者简介:荀瑞（1996⁃），女，硕士研究生，从事锂离子电池负极材料的研究；E⁃mail：xunruilnpu@163.com。
基金资助:
辽宁省“兴辽英才计划”项目(XLYC1907025);辽宁石油化工大学第五层次人才基金项目(2018XJJ?012)

Preparation and Characterization of Polyaniline Coated Lithium Zinc Titanate Anode Materials

Rui Xun(), Lijuan Wang()

School of Petrochemical Engineering，Liaoning Petrochemical University，Fushun Liaoning 113001，China

Received:2021-04-07 Revised:2021-04-30 Published:2022-02-28 Online:2022-03-07
Contact: Lijuan Wang

摘要/Abstract

摘要：

以钛酸四丁酯、乙酸锌、醋酸锂、苯胺为原料，通过溶胶?凝胶和化学氧化聚合的方法制备了钛酸锂锌/聚苯胺复合材料。利用X射线衍射（XRD）、红外光谱（IR）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电镜（TEM）和电化学测试等手段对材料进行了表征及分析。结果表明，复合材料中的聚苯胺为无定型结构，且未引入杂质。当聚苯胺的质量分数为5.3%、电流密度为0.1 A/g时，首次放电比容量为330.0 (mA·h)/g；恒流充放电100圈后，仍然可保持281.3 (mA·h)/g的高放电比容量。

关键词: 锂离子电池, 负极材料, Li₂ZnTi₃O₈, 聚苯胺, 包覆

Abstract:

The Li₂ZnTi₃O₈@polyaniline (LZTO@PANI) composite materials were prepared by sol?gel and chemical oxidation polymerization methods using tetrabutyl titanate, zinc acetate, lithium acetate and aniline as raw materials. The materials were characterized and analyzed by X?ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (IR), scanning electron microscope (SEM) transmission electron microscope （TEM） and electrochemical testing. The results show that the polyaniline in the composite material has an amorphous structure and no impurities are introduced. When the coating amount of polyaniline is 5.3%, the discharge specific capacity is 330.0 (mA·h)/g at 0.1 A/g. In addition, after 100 cycles, the specific discharge capacity is 281.3 (mA·h)/g.

Key words: Lithium?ion battery, Anode material, Li₂ZnTi₃O₈, Polyaniline, Coating

中图分类号:

O6.1

荀瑞, 王利娟. 聚苯胺包覆钛酸锂锌负极材料的制备及表征[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(1): 1-6.

Rui Xun, Lijuan Wang. Preparation and Characterization of Polyaniline Coated Lithium Zinc Titanate Anode Materials[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2022, 42(1): 1-6.

图/表 11

图1 样品的XRD图

图2 样品的SEM图

图3 样品的TEM图

图4 样品的TG曲线

图5 LZTO@PANI?2的IR图谱

图6 LZTO@PANI?1、LZTO@PANI?2和LZTO@PANI?3在0.1 A/g电流密度下的循环曲线

图7 LZTO@PANI?1、LZTO@PANI?2和LZTO@PANI?3在0.8 A/g电流密度下的循环曲线

图8 P?LZTO和LZTO@PANI?2在1.0 A/g电流密度下的循环曲线

图9 P?LZTO和LZTO@PANI?2在不同电流密度下的倍率性能曲线

图10 LZTO@PANI?2的循环伏安曲线

图11 P?LZTO和LZTO@PANI?2的交流阻抗图谱

参考文献 25

1	Wrublewski D T. Analysis for science librarians of the 2019 nobel prize in chemistry： Lithium⁃ion batteries［J］. Science & Technology Libraries， 2020， 39（1）： 1⁃17.
2	Zhen S， Hong Z， Xiang Z， et al. Complex spinel titanate nanowires for a high rate lithium⁃ion battery［J］. Energy & Environmental Science， 2011， 4： 1886⁃1891.
3	Hong Z， Wei M， Ding X， et al. Li₂ZnTi₃O₈ nanorods： A new anode material for lithium⁃ion battery［J］. Electrochemistry Communications， 2010， 12（6）： 720⁃723.
4	Nikiforova P A， Stenina I A， Kulova T L， et al. Effect of particle size on the conductive and electrochemical properties of Li₂ZnTi₃O₈［J］. Inorganic Materials， 2016， 52（11）： 1137⁃1142.
5	Hao Y， Lai Q， Liu D， et al. Synthesis by citric acid sol⁃gel method and electrochemical properties of Li₄Ti₅O₁₂ anode material for lithium⁃ion battery［J］. Materials Chemistry & Physics， 2005， 94（2⁃3）： 382⁃387.
6	Li H， Li Z， Cui Y， et al. Long⁃cycled Li₂ZnTi₃O₈/TiO₂ composite anode material synthesized via a one⁃pot co⁃precipitation method for lithium⁃ion batteries［J］. New Journal of Chemistry， 2016， 41（3）： 975⁃981.
7	Chi C， Ai C， He Y， et al. High performance Li₂ZnTi₃O₈ coated with N⁃doped carbon as an anode material for lithium⁃ion batteries［J］. Journal of Alloys & Compounds， 2017， 705（2）： 438⁃444.
8	Yi T F， Wu J Z， Yuan J， et al. Rapid lithiation and delithiation property of V⁃doped Li₂ZnTi₃O₈ as anode material for lithium⁃ion battery［J］. ACS Sustainable Chemistry & Engineering， 2015， 3（12）： 505⁃509.
9	Wang X， Wang L， Chen B， et al. MOFs as reactant： In situ synthesis of Li₂ZnTi₃O₈@C-N nanocomposites as high performance anodes for lithium⁃ion batteries［J］. Journal of Electroanalytical Chemistry， 2016， 775： 311⁃319.
10	Li H， Li Z， Liang X， et al. High rate performance Fe doped lithium zinc titanate anode material synthesized by one⁃pot co⁃precipitation for lithium ion battery［J］. Materials Letters， 2016， 192（1）： 128⁃132.
11	Xu Y， Hong Z， Xia L， et al. One step sol⁃gel synthesis of Li₂ZnTi₃O₈/C nanocomposite with enhanced lithium⁃ion storage properties［J］. Electrochimica Acta， 2013， 88（2）： 74⁃78.
12	Tang H， Tang Z， Du C， et al. Ag⁃doped Li₂ZnTi₃O₈ as a high rate anode material for rechargeable lithium⁃ion batteries［J］. Electrochimica Acta， 2014， 120： 187⁃192.
13	Chen C， Ai C， Liu X， et al. Advanced electrochemical properties of Ce⁃modified Li₂ZnTi₃O₈ anode material for lithium⁃ion batteries［J］. Electrochimica Acta， 2017， 227（12）： 285⁃293.
14	Tang H， Zhu J， Tang Z， et al. Al⁃doped Li₂ZnTi₃O₈ as an effective anode material for lithium⁃ion batteries with good rate capabilities［J］. Journal of Electroanalytical Chemistry， 2014， 731（8）： 60⁃66.
15	Shen Z， Zhang Z， Wang S， et al. Mg²⁺⁃W⁶⁺ co⁃doped Li₂ZnTi₃O₈ anode with outstanding room， high and low temperature electrochemical performance for lithium⁃ion batteries［J］. Inorganic Chemistry Frontiers， 2019， 6： 3288⁃3294.
16	Liu T， Tang H， Liu J， et al. Improved electrochemical performance of Li₂ZnTi₃O₈ using carbon materials as loose and porous agent［J］. Electrochimica Acta， 2018， 259（10）： 28⁃35.
17	Ren Y， Ren Y， Lu P， et al. Synthesis and high cycle performance of Li₂ZnTi₃O₈/C anode material promoted by asphalt as a carbon precursor［J］. RSC Advances， 2016， 6（55）： 49298⁃49306.
18	Wang S， Wang L， Meng Z， et al. Li₂ZnTi₃O₈/graphene nanocomposite as a high⁃performance anode material for lithium⁃ion batteries［J］. RSC Advances， 2018， 8（55）： 31628⁃31632.
19	Li B， Li X， Li W， et al. Mesoporous tungsten trioxide polyaniline nanocomposite as an anode material for high⁃performance lithium⁃ion batteries［J］. ChemNanoMat， 2016， 2（4）： 281⁃289.
20	Jiménez P， Levillain E， Alévêque O， et al. Lithium N⁃doped polyaniline as a high⁃performance electroactive material for rechargeable batteries［J］. Angewandte Chemie， 2017， 56（6）： 1553⁃1556.
21	Li J， Tang X， Li H， et al. Synthesis and thermoelectric properties of hydrochloric acid⁃doped polyaniline［J］. Synthetic Metals， 2010， 160（11⁃12）： 1153⁃1158.
22	Mo L， Zheng H. Solid coated Li₄Ti₅O₁₂（LTO） using polyaniline （PANI） as anode materials for improving thermal safety for lithium ion battery［J］. Energy Reports， 2020， 6（10）： 2913⁃2918.
23	Wang H Y， Yoshio M. Carbon⁃coated natural graphite prepared by thermal vapor decomposition process， a candidate anode material for lithium⁃ion battery［J］. Journal of Power Source， 2001， 93： 123⁃129.
24	Yildiz S， Şahan H. In situ synthesis of reduced graphite oxide⁃Li₂ZnTi₃O₈ composite as a high rate anode material for lithium⁃ion batteries［J］. Journal of the Electrochemical Society， 2019， 166（10）： 2002⁃2012.
25	Lan T， Chen L， Liu Y， et al. Nanocomposite Li₂ZnTi₃O₈/C with enhanced electrochemical performances for lithium⁃ion batteries［J］. Journal of Electroanalytical Chemistry， 2017， 794： 120⁃125.

[1]	解自奇, 谭玉婷, 赵妮, 周明东, 颜文超. Mg²⁺掺杂对富锂层状氧化物材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂的影响[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2024, 44(2): 22-28.
[2]	王立福, 卢汇嘉, 许航, 包鹏伟, 万一行, 荀瑞, 张重学, 王利娟. 溶胶⁃凝胶法合成钛酸锌锂负极材料[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2024, 44(1): 21-28.
[3]	周嘉琪, 杨思然, 艾绯雪, 赵桂艳, 毕研峰. Co₉S₈@CNFs复合材料的制备及其在锂离子电池的应用[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(6): 21-27.
[4]	韩旭，王利娟，毕研峰. 硫化钴锂离子电极材料的制备和应用研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2020, 40(5): 1-12.
[5]	张莉, 赵学波. 锂离子电池硅基负极材料表面和界面调控的研究进展[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2020, 40(4): 49-58.
[6]	郑权,房文超,贾富智,邱继一承,杨占旭,曾凡旭. 聚苯胺插层三氧化钼复合光催化剂的制备及性能[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2017, 37(2): 1-4.
[7]	康晓雪,于雪飞,杨占旭. L i F e 1-yMg yP O4的制备及电化学性能研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2015, 35(5): 5-9.
[8]	杨占旭，宋之林，乔庆东，任铁强，孙　悦，李　琪. 共沉淀法制备ＬａＦ_３表面修饰ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２及性能研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2012, 32(2): 5-7.
[9]	杨占旭,乔庆东. 高温固相法合成尖晶石型Li4Ti5O12及其性能研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2011, 31(2): 1-3.
[10]	韩春玉，刘春生，罗根祥. 碘掺杂聚苯胺催化合成乙酸叔丁酯[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2007, 27(3): 14-17.

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