[發明專利]一種球形Ti2Nb10O29材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610212405.0
• 申請日: 2016-04-07
• 公開（公告）號: CN105776334B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 劉光印;魏銘;郭佳莉;趙強;毛武濤;張瑞雪;謝海泉;柳文敏;馬勤閣
• 申請（專利權）人: 南陽師范學院
• 主分類號: C01G33/00
• 分類號: C01G33/00;H01M4/48;H01M4/131;H01M4/1391;H01M10/0525;H01G11/46;H01G11/86
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司11315
• 代理人: 劉戈

技術領域

本申請屬于化學電源領域，具體地說，涉及一種用作鋰離子電池或超級電容器負極材料的球形Ti₂Nb₁₀O₂₉材料及其制備方法。

背景技術

隨著人們環保意識的增強和國家產業政策的支持，近幾年電動汽車產業蓬勃發展。鋰離子電池作為電動汽車的理想動力源，具有能量密度高、工作電壓高、使用壽命長和環境污染小等優點。然而，目前商業化的鋰離子電池大多采用石墨類碳材料作為負極存在著充電速度慢和安全性差等問題，無法滿足電動汽車用動力電池的要求。因此亟待開發高性能和高安全性的鋰離子電池負極材料。

Wu等人于2012年首次報道了單斜晶結構的鈮酸鈦(Ti₂Nb₁₀O₂₉)作為鋰離子電池負極材料表現出優良的電化學性能(X.Wu，J.Miao，W.Han， et al，Electrochemistry Communications，2012,25:39-42.)。鈮酸鈦具有高的氧化還原電位(1.0-2.0V)，避免了鋰枝晶和SEI膜的形成，具有較高的安全性。此外，鈮酸鈦的理論比容量(396mAh/g)大于石墨類碳材料的理論比容量(372mAh/g)，并且該材料具有優良的倍率循環性能，因此，鈮酸鈦是一種很具發展前景的高性能負極材料。但是由于該材料的電導率較低，使其電化學性能還不十分理想。

總所周知，電極材料的形貌結構和尺寸對其電化學性能有較大影響。目前已有文獻報道的鈮酸鈦都采用的是高溫固相法，該方法雖然工藝簡單，但是制備的鈮酸鈦顆粒尺寸較大(＞1μm)，使鋰離子的擴散路徑長，材料的電化學倍率性能較低。

發明內容

有鑒于此，本申請所要解決的技術問題是提供了一種球形Ti₂Nb₁₀O₂₉材料及其制備方法，該方法制備的球形Ti₂Nb₁₀O₂₉作為鋰離子電池或超級電容器負極材料具有優異的電化學性能。

為了解決上述技術問題，本申請公開了一種球形Ti₂Nb₁₀O₂₉材料的制備方法，具體包括以下步驟：

1)將鈮源溶于一定量的冰醋酸中，然后在攪拌條件下按照原子比鈦/鈮＝0.15-0.28加入鈦源，得到混合液，其中，鈮離子的濃度為0.0015-16mol/L；

2)將步驟1)所得混合液裝入內襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應釜中，置于恒溫干燥箱中，在80-280℃下反應1-52小時；

3)自然冷卻至室溫，將所得沉淀物用去離子水和乙醇分別洗滌三次，然后進行真空干燥得到白色粉體；

4)將步驟3)所得白色粉體在450-1350℃下焙燒1-60小時，即得球形 Ti₂Nb₁₀O₂₉材料。

進一步地，步驟1)中鈮源為乙醇鈮、草酸鈮、五氯化鈮、草酸鈮銨中的一種或幾種。

進一步地，步驟1)中鈦源為硫酸鈦、四異丙醇鈦、硫酸氧鈦、四氟化鈦、鈦酸丁酯、四氯化鈦、三氯化鈦中的一種或幾種。

進一步地，步驟2)中加熱溫度為100-250℃。

進一步地，步驟3)中真空干燥溫度為60-150℃。

進一步地，步驟4)中焙燒溫度為510-1200℃。

本申請還公開了一種由上述的制備方法制備得到的球形Ti₂Nb₁₀O₂₉材料。

進一步地，球形Ti₂Nb₁₀O₂₉材料是由大量納米粒子組裝形成的，球的尺寸為0.5-5微米。

與現有技術相比，本申請可以獲得包括以下技術效果：

1)本發明制備的球形Ti₂Nb₁₀O₂₉材料形貌均勻，尺寸約為500nm，并且內部存在多孔結構，有利于縮短鋰離子和電子的擴散距離，提高鋰離子在材料中的擴散速率，有助于提高鋰離子電池或超級電容器的性能。

2)本發明制備的球形Ti₂Nb₁₀O₂₉材料具有較高的振實密度，減少了活性材料與集流體之間的表面活化能，有利于加工。