[發明專利]一種富含三價鈦缺陷的二氧化鈦材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610817168.0
• 申請日: 2016-09-13
• 公開（公告）號: CN106629837B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 李美成;吳高翔;宋歌;陳杰威;郭彥焦;曹如水
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種富含三價鈦缺陷的二氧化鈦片層材料的制備方法。使用正丙醇、鈦酸四丁酯、氫氟酸和氧化石墨烯作為原料，通過溶劑熱法進行合成。合成過程中，氫氟酸為表面活性劑，能促進三價鈦缺陷和片層結構的形成；氧化石墨烯為添加劑，改善了所制備材料的導電性，也進一步促使了三價鈦缺陷的形成；同時，我們應用冷凍干燥技術進行材料的干燥，可以保持原來的結構不發生坍塌，結構疏松，比表面積比大。因此，將該材料用于鋰離子電池負極，相比于商用二氧化鈦P25，我們的材料呈片層狀且富含三價鈦缺陷，具有較大的比表面積，不僅有利于提高電子傳輸速度，還有利于促進鋰離子的快速脫嵌，提高了鋰離子電池的倍率性能和可逆容量。

技術領域

本發明屬于納米材料技術領域，特別涉及一種富含三價鈦缺陷的二氧化鈦納米材料的制備方法，該材料可作為鋰離子電池負極材料。

背景技術

TiO₂作為鋰離子電池負極材料，其理論容量與傳統石墨電極相當，反應前后的體積變化不明顯（約為3%），可提高鋰離子電池安全性能和循環壽命；再次，TiO₂具有較高的嵌鋰電位（1.7V vs. Li⁺/Li），可避免因SEI膜形成時活性物質和電解質的消耗，減少了不可逆容量損失；最后，TiO₂化學性質很穩定、無毒、無環境污染。但是，TiO₂的導電性較差，使得活性材料與電解液間的界面電阻較大。為了提升其導電性，我們在制備過程中加入了一定量的氫氟酸作為表面活性劑和少量的氧化石墨烯作為添加劑，制備出的二氧化鈦為富含三價鈦缺陷的超薄納米片層黑色二氧化鈦。目前已報道的制備含有三價鈦缺陷的二氧化鈦的方法主要有化學氣相沉積，高能激光、電子或氬離子轟擊。這些方法一般都高能耗、多步驟、合成條件苛刻或設備昂貴，而我們使用的溶劑熱法相對簡單而且易于控制。專利1（CN105126796A，公布日2015年12月9日）也公開了使用溶劑熱法合成含有三價鈦缺陷的二氧化鈦的制備方法，但是，我們所公開的制備方法的最大的優勢為我們使用了氧化石墨烯作為添加劑，最終得到的有利效果是顯著提高了三價鈦缺陷的含量，同時氧化石墨烯作為成核位點，縮短了合成時間；而且，相比于專利1，我們使用了冷凍干燥技術，既確保了材料結構不會因為干燥而坍塌，又使得材料疏松多孔，更有利于鋰離子的快速脫嵌。

發明內容

本發明的目的是制備一種富含三價鈦缺陷的二氧化鈦片層材料，該材料可以應用于鋰離子電池負極。本發明提供的方法是采用一步溶劑熱法，將配制的混合溶液放入高壓反應釜中反應制備富含三價鈦缺陷的二氧化鈦片層材料。具體的制備方法包括如下步驟：

（1）用量筒稱量25~30 ml正丙醇加入到帶有磁子的燒杯中，用移液槍依次加入2~3ml鈦酸四丁酯和0.8~1ml氫氟酸，將得到的混合溶液在室溫下磁力攪拌，攪拌過程中用移液槍加入1~1.5 ml的氧化石墨烯溶膠，磁力攪拌5~15 min；

（2）將混合溶液放入到反應釜中，在180~200℃下反應6~24 h；

（3）將反應所得到的沉淀用去離子水和乙醇以一定的轉速離心洗滌3~5次；

（4）使用冷凍干燥機在-40~-50℃、30~40 Pa下對離心過后的材料冷凍干燥18~24h便可得到富含三價鈦的二氧化鈦片層材料。