[發(fā)明專利]一種納米結(jié)構(gòu)TiO2

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010909025.9
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112018374A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏明燈;劉興江;丁飛;劉真威
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué);中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M10/0525;C01G23/047;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 林文弘;蔡學(xué)俊

本發(fā)明公開了一種納米結(jié)構(gòu)TiO₂(B)及其制備方法，其將去離子水和無水乙醇加入聚四氟乙烯內(nèi)襯中，再先后加入聚乙二醇和乙醇酸，待完全溶解后，加入十二烷基苯磺酸鈉并攪拌均勻，隨后加入鈦酸四丁酯和硫酸，然后放置高壓釜中，在150?200℃下反應(yīng)2?6 h，反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物經(jīng)洗滌、干燥后置于馬弗爐中，以2?5℃/min升溫速率在空氣氣氛下400?650℃煅燒1?4 h，即可得到納米顆粒狀的TiO₂(B)。本發(fā)明的方法工藝簡單，成本廉價(jià)，能耗低，重現(xiàn)性好，性能優(yōu)異，且所制備的TiO₂(B)納米顆粒作為鋰離子電池負(fù)極材料具有較好的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池負(fù)極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米結(jié)構(gòu)TiO₂(B)及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池因具有循環(huán)壽命長、高能量密度、無記憶效應(yīng)及成本適宜等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦等各種便攜式電子設(shè)備。隨著人們對儲能需求的不斷增長，對鋰離子電池的性能要求也日益提高。但是目前主要使用的商用負(fù)極主要為石墨材料，其存在較大的安全隱患和倍率性能較差的問題。因此，尋找一種低成本、倍率性能和安全性能優(yōu)異的負(fù)極材料成為近年來人們關(guān)注的重點(diǎn)。二氧化鈦(TiO₂)由于其化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、無毒且價(jià)格低廉，被認(rèn)為是一種具有潛在應(yīng)用價(jià)值的電極材料。但是，TiO₂屬于半導(dǎo)體材料，電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率較低，使其電化學(xué)儲鋰性能難以得到充分發(fā)揮，從而限制了其大規(guī)模的應(yīng)用。為解決上述問題，常用的方法包括：復(fù)合高導(dǎo)電性的碳材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、納米化以及元素?fù)诫s。以上措施都被證明能夠有效地提高材料的電化學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種納米結(jié)構(gòu)TiO₂₍B)的制備方法，以有機(jī)鈦源為前驅(qū)體，運(yùn)用表面活性劑(聚乙二醇和乙醇酸)對晶體界面的影響，有效的抑制了TiO₂(B)晶粒的生長，最后通過簡單的水熱合成和煅燒后，獲得了大小均勻、顆粒微小的TiO₂(B)顆粒。該方法工藝簡單，成本廉價(jià)，能耗低，重現(xiàn)性好，性能優(yōu)異。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種納米結(jié)構(gòu)TiO₂(B)的制備方法，包括以下步驟：

（1）將1-4 mL去離子水和20-30 mL無水乙醇加入容積為50 mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，攪拌5 min后，先后加入0-1 g的聚乙二醇和1-4 g的乙醇酸，待完全溶解后，加入1-2 g的十二烷基苯磺酸鈉，并攪拌1h，隨后逐滴加入0.2-1 mL的鈦酸四丁酯，攪拌后加入0.1-0.5 mL的硫酸；

（2）將聚四氟乙烯內(nèi)襯放置對應(yīng)的高壓釜中反應(yīng)，待反應(yīng)釜冷卻至室溫，將所得的白色沉淀物用去離子水洗滌數(shù)遍，然后置于70℃的烘箱中，在空氣氣氛下干燥 12 h；

（3）最后將上述樣品置于馬弗爐中進(jìn)行煅燒，即可得到納米顆粒狀的TiO₂(B)。

進(jìn)一步地，步驟（2）所述反應(yīng)的溫度為150-200℃，反應(yīng)時(shí)間為2-6h。

進(jìn)一步地，步驟（3）所述煅燒具體是以2-5℃·min-1升溫速率在空氣氣氛下400-650℃煅燒1-4 h。

上述納米結(jié)構(gòu)TiO₂(B)在鋰離子電池中的應(yīng)用，其特征在于，鋰離子電池組裝：按質(zhì)量比TiO₂(B)：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70：20：10混合研磨后均勻地涂在銅箔上做負(fù)極，參比電極和對電極均為金屬鋰，電解質(zhì)由1.0 M LiPF₆的EC+DMC+EMC溶液，所有組裝均在手套箱里進(jìn)行。