[發明專利]一種二氧化鈦/碳復合鋰電池電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201110112449.3
• 申請日: 2011-05-03
• 公開（公告）號: CN102769123A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 孫曉明;劉靜;常錚
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鋰電池電極材料——TiO₂納米棒和C的自組裝球形、自組裝錐形微納米復合材料以及C包覆TiO₂顆粒狀納米復合材料的制備方法，屬于無機材料制備工藝技術領域。

技術背景

隨著TiO₂材料在鋰離子電池、催化劑、太陽能轉化等方面應用前景的逐一發現和納米技術在新材料領域的不斷推廣，各種形貌的二氧化鈦納米材料的制備和應用引起了人們的廣泛關注和研究。例如，TiO₂的納米帶(Inorg.Chem.，2008，47，9871-9873)、鈮摻雜的多孔結構(Chem.Mater.，2010，22，6624-6631)、納米顆粒(J.Am.Chem.Soc.，2007，129，3564-3575)、空心球(Mater.Chem.Phys.，2010，123，595-600)、納米線(Nano?Lett.，2002，2，717-720)、納米棒(Electrochem.Commun.，2007，9，425-430)、納米管(Electrochim.Acta，2010，55，5975-5983)等等。

納米二氧化鈦材料作為鋰離子電池電極材料具有容量高、循環性能好、價格低廉的優點，但由于其體積密度低、導電性差，在實際應用中存在諸多限制，對此主要的解決方案有微納米復合和包覆。其中，包覆主要以包覆碳材料為主；微納米復合技術所設計出的特殊結構還可以實現快速充放電、提高材料強度等。近來的報道表明，TiO₂納米片形成的微米球(J.Am.Chem.Soc.，2010，132，6124-6130)和F-摻雜的TiO₂組裝球(J.Phys.Chem.C，2009，113，21258-21263)顯著提高了材料充電倍率和減少循環過程中的容量衰減；納米顆粒自組裝的微米球(J.Phys.Chem.C，2011，115，2529-2536)和納米管陣列(Chem.Mater.，2009，21，63-67)很好的增加了體積密度，表現出較好的容量和循環性能，同時增加了材料的機械性能；碳包覆的TiO₂顆粒(J.Power?Sources，2010，195，5039-5043；J.Phys.Chem.C，2010，114，10308-10313)以及碳包覆的TiO₂納米管(J.Phys.Chem.C，2009，113，17367-17371)加快了鋰離子在材料中的遷移速度，體積密度增大。

以上方法大都采用納米級TiO₂或各種鈦酸酯為原料，成本昂貴，反應溫度較高，過程繁雜，而本發明利用以下反應：(1)Ti(OC₆H₉)₄或TiCl₄水解生成TiO₂納米棒和顆粒(Inorg.Chem.，2001，40，5210?5214)(2)葡萄糖碳化成碳球(Angew.Chem.Int.Ed.，2004，43，597-601)(3)酯化反應同時進行，一步溶劑熱法反應得到各種形貌的TiO₂和C的微納米復合物。同時還利用了低沸點有機物調節體系填充度，提高了產物形貌的可調控性。

TiCl₄+H₂O→TiO₂+HCl

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Ti(OC₆H₉)₄+2H₂O→TiO₂+4C₆H₉OH

XOH+EtCOOH→EtCOOX+H₂O

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X＝-C₂H₅、-CH₂CH₂OH或-C₂(CH₂OH)₂

C₆H₁₂O₆(glucose)+C₆H₁₂O₆(glucose)→C+H₂O????(3)