專(zhuān)利名稱(chēng)：一種可控合成納米材料結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可控合成納米材料結(jié)構(gòu)的方法，特別是在合成納米材料的前驅(qū)體溶液中加入不同鏈長(zhǎng)的表面活性劑組合體系作為調(diào)控劑，其中不同表面活性劑的協(xié)同作用，對(duì)材料的晶型結(jié)構(gòu)、粒徑、形貌起到調(diào)控作用。
背景技術(shù)：
1.表面活性劑親水親油的結(jié)構(gòu)使其在溶液中能形成膠束，該膠束可以作為納米反應(yīng)器，通過(guò)選擇不同種類(lèi)、結(jié)構(gòu)和分子量的表面活性劑，可以控制膠束的形狀和大小，從而可以調(diào)控材料的尺寸和形貌。同時(shí)，兩種或兩種以上的表面活性劑組合體系會(huì)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，即可以起到協(xié)同增效的作用，從而產(chǎn)生優(yōu)于單一表面活性劑的特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)原理如圖1所示，在所合成納米材料的前驅(qū)體溶液中加入不同鏈長(zhǎng) (不同分子量大小)的表面活性劑作為調(diào)控劑，其中短鏈的表面活性劑M1形成膠束，通過(guò)氫鍵吸附在前驅(qū)體膠粒表面，長(zhǎng)鏈的表面活性劑M2形成膠束，交織成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。燒結(jié)時(shí)，短鏈的表面活性劑M1在無(wú)機(jī)納米材料晶粒表面碳化，抑制晶體生長(zhǎng)，調(diào)控晶粒大??；與此同時(shí)， 長(zhǎng)鏈的表面活性劑M2碳化將晶粒隔開(kāi)，抑制顆粒團(tuán)聚。本發(fā)明一種可控合成納米材料結(jié)構(gòu)的制備方法包括如下步驟(1)將所合成納米材料的反應(yīng)原料溶于去離子水中，并進(jìn)行充分混合，制得前驅(qū)體溶液；(2)按照納米材料結(jié)構(gòu)調(diào)控劑納米材料質(zhì)量比為1 5 5 1的比例，將納米材料結(jié)構(gòu)調(diào)控劑加入到步驟(1)制得的前驅(qū)體溶液中，混合均勻；其中納米材料結(jié)構(gòu)調(diào)控劑由低分子量的有機(jī)高分子納米材料結(jié)構(gòu)調(diào)控劑和高分子量的有機(jī)高分子納米材料結(jié)構(gòu)調(diào)控劑組成，低分子量的有機(jī)高分子納米材料結(jié)構(gòu)調(diào)控劑和高分子量的有機(jī)高分子納米材料結(jié)構(gòu)調(diào)控劑的質(zhì)量比為1 20 20 1;(3)對(duì)步驟(2)得到的混合溶液進(jìn)行干燥、研磨，在氮?dú)狻鍤?、氦氣或氫氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，制得含碳的納材料；或?qū)Σ襟E(2)得到的混合溶液進(jìn)行干燥、研磨，在空氣或氧氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，制得不含碳的納米材料。所述的納米材料結(jié)構(gòu)調(diào)控劑為PEG、PVA、PAA、PAM、PVP中的一種。所述的低分子量的有機(jī)高分子納米材料結(jié)構(gòu)調(diào)控劑分子量大小為IO2 104、高分子量的有機(jī)高分子納米材料結(jié)構(gòu)調(diào)控劑的分子量的大小為IO3 106。所述的納米材料優(yōu)選為無(wú)機(jī)納米材料。優(yōu)選納米儲(chǔ)能材料，尤其是含碳納米儲(chǔ)能材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
(2)靈活調(diào)節(jié)燒結(jié)氣氛，可以制備出碳包覆或不含碳的納米結(jié)構(gòu)材料；(3)制備的納米材料晶粒小、粒徑分布窄、形貌規(guī)整；(4)制備過(guò)程簡(jiǎn)單、工藝條件易控、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。


圖1為用本發(fā)明方法的調(diào)控作用機(jī)理圖。圖2為按實(shí)施例1，2，3工藝制得的相應(yīng)的鋰離子電池正極材料LiFeP04/C的XRD圖。圖3為按實(shí)施例1，2，3工藝制得的相應(yīng)的鋰離子電池正極材料LiFeP04/C的的SEM 圖。
具體實(shí)施例方式下列實(shí)例將進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1按摩爾比Li Fe PO4 為 1 1 1 分別稱(chēng)取 12. 80gFe (NO3) 3 · 9H20 和 3. 29gLiH2P04,將其溶于50mL的去離子水中，配成前驅(qū)體溶液，先加入2. 78g的PEG10K，混合均勻，再加入2. 78g的PEG600，攪拌均勻后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將溶液蒸干，經(jīng)過(guò)紅外干燥和研磨即得前驅(qū)體粉末。將前驅(qū)體置于管式爐中，在氬氣保護(hù)下于600°C燒結(jié)3h，自然降溫后，得到LiFeP04/C鋰離子電池正極材料。對(duì)所得到的材料進(jìn)行SEM測(cè)試，結(jié)果表明其顆粒呈無(wú)規(guī)則狀，粒徑分布為80 200nm。以所得到的材料為正極活性物質(zhì)，金屬鋰片為負(fù)極裝配成實(shí)驗(yàn)電池，在2. 5 4. 2V區(qū)間進(jìn)行充放電測(cè)試，測(cè)得其在0. IC下，首次放電比容量高達(dá) 146. 7mAh/g0實(shí)施例2按摩爾比Li Fe PO4 為 1 1 1 分別稱(chēng)取 12. 80gFe (NO3) 3 · 9H20 和 3. 29gLiH2P04,將其溶于50mL的去離子水中，配成前驅(qū)體溶液，先加入2. 78g的PEG20K，混合均勻，再加入2. 78g的PEG400，攪拌均勻后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將溶液蒸干，經(jīng)過(guò)紅外干燥和研磨即得前驅(qū)體粉末。將前驅(qū)體置于管式爐中，在氬氣保護(hù)下于600°C燒結(jié)3h，自然降溫后，得到LiFeP04/C鋰離子電池正極材料。對(duì)所得到的材料進(jìn)行SEM測(cè)試，結(jié)果表明其顆粒呈方形，粒徑分布為60 90nm。以所得到的材料為正極活性物質(zhì)，金屬鋰片為負(fù)極裝配成實(shí)驗(yàn)電池，在2. 5 4. 2V區(qū)間進(jìn)行充放電測(cè)試，測(cè)得其在0. IC下，首次放電比容量高達(dá) 152.9mAh/g0實(shí)施例3按摩爾比Li Fe PO4 為 1 1 1 分別稱(chēng)取 12. 80gFe (NO3) 3 · 9H20 和 3. 29gLiH2P04,將其溶于50mL的去離子水中，配成前驅(qū)體溶液，先加入2. 78g的PEG35K，混合均勻，再加入2. 78g的PEG200，攪拌均勻后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將溶液蒸干，經(jīng)過(guò)紅外干燥和研磨即得前驅(qū)體粉末。將前驅(qū)體置于管式爐中，在氬氣保護(hù)下于600°C燒結(jié)3h，自然降溫后，得到LiFeP04/C鋰離子電池正極材料。對(duì)所得到的材料進(jìn)行SEM測(cè)試，結(jié)果表明其顆粒呈球形，分散性好，顆粒均勻，粒徑為50nm左右。以所得到的材料為正極活性物質(zhì)，金屬鋰片為負(fù)極裝配成實(shí)驗(yàn)電池，在2. 5 4. 2V區(qū)間進(jìn)行充放電測(cè)試，測(cè)得其在0. IC下，首次放電比容量高達(dá)168. 3mAh/g。
權(quán)利要求
1.一種可控合成納米材料結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于包括如下步驟(1)將所合成納米材料的反應(yīng)原料溶于去離子水中，并進(jìn)行充分混合，制得前驅(qū)體溶液；(2)按照納米材料結(jié)構(gòu)調(diào)控劑納米材料質(zhì)量比為1 5 5 1的比例，將納米材料結(jié)構(gòu)調(diào)控劑加入到步驟(1)制得的前驅(qū)體溶液中，混合均勻；其中納米材料結(jié)構(gòu)調(diào)控劑由低分子量的有機(jī)高分子納米材料結(jié)構(gòu)調(diào)控劑和高分子量的有機(jī)高分子納米材料結(jié)構(gòu)調(diào)控劑組成，低分子量的有機(jī)高分子納米材料結(jié)構(gòu)調(diào)控劑和高分子量的有機(jī)高分子納米材料結(jié)構(gòu)調(diào)控劑的質(zhì)量比為1 20 20 1;(3)對(duì)步驟(2)得到的混合溶液進(jìn)行干燥、研磨，在氮?dú)狻鍤?、氦氣或氫氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，制得含碳的納材料；或?qū)Σ襟E(2)得到的混合溶液進(jìn)行干燥、研磨，在空氣或氧氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，制得不含碳的納米材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可控合成納米材料結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于步驟(2)所述的納米材料結(jié)構(gòu)調(diào)控劑為PEG、PVA、PAA、PAM、PVP中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的一種可控合成納米材料結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于所述的低分子量的有機(jī)高分子納米材料結(jié)構(gòu)調(diào)控劑分子量大小為IO2 104、高分子量的有機(jī)高分子納米材料結(jié)構(gòu)調(diào)控劑的分子量的大小為IO3 106。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的一種可控合成納米材料結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于所述的納米材料優(yōu)選為無(wú)機(jī)納米材料。優(yōu)選納米儲(chǔ)能材料，尤其是含碳納米儲(chǔ)能材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可控合成納米材料結(jié)構(gòu)的方法，將不同鏈長(zhǎng)的表面活性劑組合體系作為調(diào)控劑加入到制備材料的前驅(qū)體溶液中，經(jīng)干燥、研磨、燒結(jié)等操作，即制得納米材料。通過(guò)調(diào)節(jié)表面活性劑的組合體系，可以制備出不同結(jié)構(gòu)和形貌的納米材料。
文檔編號(hào)H01M4/62GK102306785SQ20111019631
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者徐云龍, 徐永剛, 趙崇軍, 錢(qián)秀珍, 陳君茹, 黃新虎 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)