多孔金紅石TiO₂介晶及其製備方法和應用的製作方法

2023-04-30 13:03:26 1

專利名稱：多孔金紅石TiO2介晶及其製備方法和應用的製作方法
技術領域：
本發明屬於電池材料學領域，更具體涉及一種多孔金紅石TiO2介晶及其製備方法和應用。
背景技術：
鋰離子電池具有高電壓、高容量、循環壽命長等顯著優勢，當前已廣泛應用於移動電子設備、國防工業、電動汽車等領域。由於能源和環境保護的需要，電動汽車已成為當前新能源領域中最受關注的行業。因而，開發高性能的鋰離子動力電池已成為近年來最熱門的研究領域之一。當前，尖晶石錳酸鋰、磷酸鐵鋰等動力電池正極材料已被廣泛的研究並取得了較大的進展。然而，目前商業化的負極材料主要是石墨，石墨在充放電過程中表面可能引起金屬鋰的沉積，存在一定的安全隱患。因而開發具有快速充放電能力、循環性良好、比容量高的非碳負極材料具有十分重要的意義。鈦基氧化物以其原料豐富、無毒無害、循環穩定性好和安全性好等優點，成為近年來人們較為廣泛的關注的負極材料。目前還未有可控合成不同形貌多孔金紅石TiO2介晶及其在鋰電池中的應用的相關專利報導。

發明內容
本發明的目的在於提供一種多孔金紅石TW2介晶及其製備方法和應用，這是首次將納米多孔金紅石TiO2介晶作為鋰離子陽極材料應用於鋰離子電池中，而且多孔金紅石 TiO2介晶的製備方法操作簡便、成本低、純度高，可以大量合成。為實現上述目的，本發明採用如下技術方案
本發明的多孔金紅石TiO2介晶是八面體狀或納米棒狀中的一種或兩種的混合物；八面體狀介晶的粒徑為100-300nm ；納米棒狀介晶的長度為250-400nm，直徑為60-100nm。多孔金紅石TiA介晶的製備方法的具體步驟如下
(1)將0.5-1.5克二氧化鈦粉末和40-50毫升氫氧化鉀溶液混合，在160 °C -200 V反應 48-96h ；
(2)過濾、濾渣用稀硝酸洗滌、60°C乾燥1 得預處理產物；
(3)取0.1-0. 5克乾燥後的預處理產物和0. 5-2. Og表面活性劑十六烷基苯磺酸鈉一同分散於40-100 mL稀硝酸中磁力攪拌5-15天，再經離心乾燥即得所述的多孔金紅石TW2 介晶。步驟(1)中所述的氫氧化鉀溶液的濃度為10-20mol/L，二氧化鈦粉末的粒徑是 15-25 nm ；步驟(2)中所述的稀硝酸的濃度為0. 1 mol/L ；步驟(3)中所述的稀硝酸的濃度為 1-3 mol/L。當表面活性劑十六烷基苯磺酸鈉用量X在0. 5彡X<0. 8g時得到納米棒狀的TiO2 介晶，當表面活性劑十六烷基苯磺酸鈉用量X在1. 0<x ( 2. Og時得到八面體狀TiA介晶， 當表面活性劑十六烷基苯磺酸鈉用量X在0. 8 < X < 1. Og時得到八面體狀TiA介晶和納米棒狀的TW2介晶的混合物。多孔金紅石TiA介晶的應用將多孔金紅石TiA介晶應用在鋰電池中，按多孔金紅石TW2介晶聚偏氟乙烯乙炔黑的質量比=70-75 5-10 15-20混合研磨後均勻地塗在0. 25 cm2的銅片上做正極，負極為金屬鋰，電解質是IM LiClO4的EC+DEC+EMC (EC/DEC/ EMC=l/l/lv/v/v)溶液。用此納米多孔金紅石TiO2介晶作為鋰電池陽極材料，結果表明其具有較高的比容量、良好的循環穩定性。電流密度為IC的情況下，首次放電比容量高達312 mAhg—1，經過100次循環後，其比容量仍可達155 mAhg—1。本發明的顯著優點在於
(1)本發明首次提供了可控合成出不同形貌多孔金紅石TiA介晶的製備方法，其操作簡便、成本低、純度高、性能優異，可以大量合成。(2)本發明首次將納米多孔金紅石TiO2介晶作為鋰離子陽極材料應用於鋰離子電池中，表現出較高的比容量和良好的循環穩定性。電流密度為IC的情況下，首次放電比容量高達312 mAhg—1，經過100次循環後，其比容量仍可達155 mAhg—1。


圖1 (a)納米棒狀金紅石TW2介晶透射電鏡圖；(b)八面體金紅石TW2介晶透射電鏡圖2金紅石TiA介晶的充放電測試。
具體實施例方式本發明的多孔金紅石TiA介晶是八面體狀或納米棒狀中的一種或兩種的混合物； 八面體狀介晶的粒徑為100-300nm ；納米棒狀介晶的長度為250-400nm，直徑為60-100nm。多孔金紅石TiA介晶的製備方法的具體步驟如下
(1)將0.5-1.5克二氧化鈦粉末和40-50毫升氫氧化鉀溶液混合，在160 °C -200 V反應 48-96h ；
(2)過濾、濾渣用稀硝酸洗滌、60°C乾燥1 得預處理產物；
(3)取0.1-0. 5克乾燥後的預處理產物和0. 5-2. Og表面活性劑十六烷基苯磺酸鈉一同分散於40-100 mL稀硝酸中磁力攪拌5-15天，再經離心乾燥即得所述的多孔金紅石TW2 介晶。步驟(1)中所述的氫氧化鉀溶液的濃度為10-20mol/L，二氧化鈦粉末的粒徑是 15-25 nm ；步驟(2)中所述的稀硝酸的濃度為0. 1 mol/L ；步驟(3)中所述的稀硝酸的濃度為 1-3 mol/L。當表面活性劑十六烷基苯磺酸鈉用量X在0. 5彡X<0. 8g時得到納米棒狀的TiO2 介晶，當表面活性劑十六烷基苯磺酸鈉用量X在1. 0<x ( 2. Og時得到八面體狀TiA介晶， 當表面活性劑十六烷基苯磺酸鈉用量X在0. 8 < X < 1. Og時得到八面體狀TiA介晶和納米棒狀的TiA介晶的混合物。多孔金紅石TiA介晶的應用將多孔金紅石TiA介晶應用在鋰電池中，按多孔金紅石TW2介晶聚偏氟乙烯乙炔黑的質量比=70-75 5-10 15-20混合研磨後均勻地塗在0. 25 cm2的銅片上做正極，負極為金屬鋰，電解質是IM LiClO4的EC+DEC+EMC (EC/DEC/ EMC=l/l/lv/v/v)溶液。用此納米多孔金紅石TiO2介晶作為鋰電池陽極材料，結果表明其具有較高的比容量、良好的循環穩定性。電流密度為IC的情況下，首次放電比容量高達312 mAhg—1，經過100次循環後，其比容量仍可達155 mAhg—1。實施例1
多孔金紅石T^2介晶的製備方法的具體步驟如下
(1)將0.5克二氧化鈦粉末(粒徑15nm)和40毫升lOmol/L氫氧化鉀溶液混合，在160 °C反應48h ；
(2)過濾、濾渣用0.1 mol/L稀硝酸洗滌、60°C乾燥1 得預處理產物；
(3)取0.1克乾燥後的預處理產物和0. 5g表面活性劑十六烷基苯磺酸鈉一同分散於 40mL lmol/L稀硝酸中磁力攪拌5天，再經離心乾燥即得納米棒狀的多孔金紅石TW2介晶。 實施例2
多孔金紅石T^2介晶的製備方法的具體步驟如下
(1)將1.0克二氧化鈦粉末(粒徑20 nm)和45毫升15mol/L氫氧化鉀溶液混合，在 180°C反應 72h ；
(2)過濾、濾渣用0.1 mol/L稀硝酸洗滌、60°C乾燥1 得預處理產物；
(3)取0.3克乾燥後的預處理產物和0. 9g表面活性劑十六烷基苯磺酸鈉一同分散於 70 mL 2mol/L稀硝酸中磁力攪拌10天，再經離心乾燥即得八面體狀TiO2介晶和納米棒狀的TiO2介晶的混合物。
實施例3
多孔金紅石T^2介晶的製備方法的具體步驟如下
(1)將1.5克二氧化鈦粉末(粒徑25nm)和50毫升20mol/L氫氧化鉀溶液混合，在200 °C反應96h ；
(2)過濾、濾渣用0.1 mol/L稀硝酸洗滌、60°C乾燥1 得預處理產物；
(3)取0.5克乾燥後的預處理產物和2. Og表面活性劑十六烷基苯磺酸鈉一同分散於 100 mL 3 mol/L稀硝酸中磁力攪拌15天，再經離心乾燥即得八面體狀的多孔金紅石TiO2 介晶。 以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
權利要求
1.一種多孔金紅石TiO2介晶，其特徵在於所述的多孔金紅石TiO2介晶是八面體狀或納米棒狀中的一種或兩種的混合物；八面體狀介晶的粒徑為100-300nm ；納米棒狀介晶的長度為 250-400nm,直徑為 60_100nm。
2.一種如權利要求1所述的多孔金紅石T^2介晶的製備方法，其特徵在於所述製備方法的具體步驟如下(1)將0.5-1.5克二氧化鈦粉末和40-50毫升氫氧化鉀溶液混合，在160 °C -200 V反應 48-96h ；(2)過濾、濾渣用稀硝酸洗滌、60°C乾燥1 得預處理產物；(3)取0.1-0. 5克乾燥後的預處理產物和0. 5-2. Og表面活性劑十六烷基苯磺酸鈉一同分散於40-100 mL稀硝酸中磁力攪拌5-15天，再經離心乾燥即得所述的多孔金紅石TW2 介晶。
3.根據權利要求2所述的多孔金紅石TiO2介晶的製備方法，其特徵在於步驟(1)中所述的氫氧化鉀溶液的濃度為10-20mol/L，二氧化鈦粉末的粒徑是15-25 nm ；步驟(2)中所述的稀硝酸的濃度為0. 1 mol/L ；步驟(3)中所述的稀硝酸的濃度為1-3 mol/L。
4.根據權利要求2所述的多孔金紅石T^2介晶的製備方法，其特徵在於當表面活性劑十六烷基苯磺酸鈉用量X在0. 5 < X<0. 8g時得到納米棒狀的TiO2介晶，當表面活性劑十六烷基苯磺酸鈉用量X在1. 0<X ^ 2. Og時得到八面體狀TW2介晶，當表面活性劑十六烷基苯磺酸鈉用量X在0. 8 < X < 1. Og時得到八面體狀TW2介晶和納米棒狀的TW2介晶的混合物。
5.一種如權利要求1所述的多孔金紅石TiA介晶或如權利要求2所述的製備方法製備的多孔金紅石TW2介晶，其特徵在於所述的應用是將多孔金紅石TW2介晶應用在鋰電池中。
6.根據權利要求5所述的多孔金紅石T^2介晶的應用，其特徵在於所述多孔金紅石TW2介晶應用在鋰電池中，是按多孔金紅石TW2介晶聚偏氟乙烯乙炔黑的質量比= 70-75 5-10 15-20混合研磨後均勻地塗在0. 25 cm2的銅片上做正極，負極為金屬鋰，電解質是 IM LiClO4 的 EC+DEC+EMC (EC/DEC/EMC= 1 /1 /1 ν/ν/ν)溶液。
全文摘要
本發明公開了多孔金紅石TiO2介晶及其製備方法和應用，該多孔金紅石TiO2介晶是八面體狀或納米棒狀中的一種或兩種的混合物；八面體狀介晶的粒徑為100-300nm；納米棒狀介晶的長度為250-400nm,直徑為60-100nm。本發明首次將納米多孔金紅石TiO2介晶作為鋰離子陽極材料應用於鋰離子電池中，表現出較高的比容量和良好的循環穩定性。電流密度為1C的情況下，首次放電比容量高達312mAhg-1，經過100次循環後，其比容量仍可達155mAhg-1。該方法操作簡便、成本低、純度高，可以大量合成。
文檔編號C01G23/047GK102336435SQ20111026849
公開日2012年2月1日 申請日期2011年9月13日 優先權日2011年9月13日
發明者洪振生, 魏明燈 申請人:福州大學