[發明專利]一種鈦酸鹽納米管及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201010607132.2
• 申請日: 2010-12-27
• 公開（公告）號: CN102161504A
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發明（設計）人: 魏明燈;鄧其馨
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00;B82Y30/00;B82Y40/00;H01M4/485
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于納米材料制備和應用領域，更具體涉及一種鈦酸鹽納米管及其制備方法和應用。

背景技術

可充電鋰離子電池是目前手機、筆記本電腦等現代數碼產品中應用最廣泛的電池，也因為其無污染和環境友好吸引了研究者的廣泛關注。

公開號為“101003385A”公開了一種納米管鈦酸鹽制備方法，該方法以硝酸鹽與納米管鈦酸鈉粉末按摩爾比5-100:1混合均勻，于50-450℃熔融反應3-48h，冷卻、洗滌，除去未參加反應的硝酸鹽，干燥得納米管鈦酸鹽。該納米管鈦酸鹽的內徑約為4-10nm，外徑為10-16nm，長度在10nm-100nm范圍，呈管狀。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鈦酸鹽納米管及其制備方法和應用，該鈦酸鹽納米管具有大比表面，多層壁；制備方法簡便、成本低、純度高，能夠作為電極膜片材料應用在鋰離子電池中，具有良好的電化學循環性能。

本發明是通過如下技術方案實施的：

一種鈦酸鹽納米管的比表面達400?m².g^-1以上，長度為１μｍ以上，直徑為5～15?nm，納米管為不對稱結構，一邊是三層，一邊是四層，層間距約為0.7?nm。

該鈦酸鹽納米管的制備方法的具體步驟為：

取0.5～100克廉價的工業生產TiO₂為原料和濃度為10～1000毫升5～15摩爾/升的堿溶液在聚四氟乙烯容器中混合均勻，混合物在373～473K下反應1～7天；生成的產物pH值調節至1～7，蒸餾水洗滌，在323～373K下常壓干燥1～40h得到所述鈦酸鹽納米管。

所述的鈦酸鹽納米管可作為電極膜片材料應用在鋰離子電池中。

將制備的鈦酸鹽納米管、乙炔黑和聚偏氟乙烯按比例混合，用N,N－二甲基甲酰胺作溶劑，研磨，涂在干燥的鋁箔上，真空干燥，制成電極膜片；制備的電池用所述電極膜片為正極，高純金屬鋰片為負極，電解液為LiPF₆，溶劑為體積比為l:l的碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯混合液，制備成鋰離子電池，所述的鈦酸鹽納米管、乙炔黑和聚偏氟乙烯的質量比例為：60%～70%?:?20%～30%?:?10%。

所述堿溶液可為氫氧化鈉溶液。

所述的pH值調節所使用的溶液為0.1～0.5摩爾/升的鹽酸或硝酸。

所使用的干燥的鋁箔片在使用前應用超聲清洗干凈。

本發明的優點在于：本發明在較低溫度下和不添加任何表面活性劑和模板劑的條件下，用簡單的方法制備出了鈦酸鹽納米管，該方法操作簡單，原料易得，低廉，成本低、產品純度高，所制備的鈦酸鹽納米管比表面達400?m².g^-1以上，長度為１μｍ以上，直徑為5～15?nm，具有不對稱結構，一邊是三層，一邊是四層，層間距約為0.7?nm。正是由于其具有較大的比表面和多層壁結構，使其作為電極膜片材料應用在鋰離子電池中，在電流密度為0.02?A/g時，經過20次循環后，其放電比容量仍可達150?mAh/g，電化學循環性能較好，展現出的較大充放電比容量和較好的循環穩定性，并且鈦酸鹽納米管的多層壁結構顯著的減少了鋰離子嵌入鈦酸鹽納米管和脫嵌的擴散距離。另外，所制備鈦酸鹽納米管0.78nm的層間距比商業化的層狀LiCoO₂電極材料大，為鋰離子嵌入和脫嵌過稱提供了理想通道。

附圖說明

圖1是本發明制備的鈦酸鹽納米管的透射電鏡照片；

圖2是X射線粉末衍射圖；

圖3是鈦酸鹽納米管的充放電循環曲線；

圖4是充放電容量與循環次數的關系曲線。

具體實施方式

鈦酸鹽納米管的制備方法的具體步驟為：

取0.5～100克廉價的工業生產TiO₂為原料和濃度為10～1000毫升5～15摩爾/升的堿溶液在聚四氟乙烯容器中充分混合均勻，混合物在373～473K下反應1～7天；生成的產物pH值調節至1～7，蒸餾水充分洗滌，在323～373K下常壓干燥1～40h得到所述鈦酸鹽納米管。

所述的鈦酸鹽納米管可作為電極膜片材料應用在鋰離子電池中。