[發(fā)明專利]一種鈉離子插層型氧化鈦納米管及其制備方法

有效

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• 申請日: 2021-07-18
• 公開（公告）號: CN113603133B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設計）人: 彭瑞超;張洪雷;桂林;鄭偉豪
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00;H01M4/485;H01M10/054;B82Y30/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 常海濤

本發(fā)明公開了一種鈉離子插層型氧化鈦納米管及其制備方法，屬于無機納米材料領域。采用水熱法制備Na₂Ti₃O₇·2H₂O納米帶，并通過丁基鋰與Na₂Ti₃O₇·2H₂O納米帶層間的水分子反應，得到Na₂Ti₃O₇·xH₂O納米管。本發(fā)明納米管具有Na₂Ti₃O₇·xH₂O的分子式，其中，x的值為0≤x2，晶體結(jié)構為單斜晶相，納米管的直徑為5～10nm。本發(fā)明通過丁基鋰中鋰與Na₂Ti₃O₇·2H₂O納米帶晶格中兩側(cè)的水反應，使得兩側(cè)與中間具有不同的元素分布從而卷曲成管狀。本發(fā)明制備方法能夠通過選擇納米帶的寬度調(diào)整納米管的直徑，適合多種應用需求。

技術領域

本發(fā)明無機納米材料領域，具體涉及一種鈉離子插層型氧化鈦納米管及其制備方法。

背景技術

自1989年以來，石墨由于其低且穩(wěn)定的鋰嵌入電位(0.01-0.2V)，和高的理論比容量，迅速占領鋰離子電池負極材料的主要市場。鈉離子電池與鋰離子電池具有相似存儲機制，并且由于鈉資源分布廣泛、儲量豐富、成本低廉而引起了人們的廣泛關注?？沙潆娾c離子電池被認為是最有希望的下一代電化學儲能技術，特別是在對低成本和長循環(huán)壽命有要求的大型儲能電站等領域。然而，鈉離子電池的陽極材料如碳、合金、過渡金屬氧化物由于較慢的反應速率而具有較低的性能，因此，如何開發(fā)成本低、循環(huán)壽命長、功率密度高的鈉離子電池陽極材料仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

鈦基氧化物因其結(jié)構膨脹小和適用的工作電壓而被認為是理想的電極材料。其中Na₂Ti₃O₇作為一種典型的離子插入型鈦基氧化物，由于其成本低、循環(huán)穩(wěn)定性好、以0.3V(vsNa/Na⁺)為中心的穩(wěn)定電壓平臺，被認為是一種很有前途的負極材料。然而，Na₂Ti₃O₇較差的離子導電性和電子導電性嚴重影響了其倍率性能。為解決這一問題，通常采用了碳包覆和形態(tài)控制等典型方法。例如現(xiàn)有技術中采用流變性相法制備了Na₂Ti₃O₇/C復合材料(WangW.；Yu C.；Lin Z.；Hou J.；Zhu H.；Jiao S.Nanoscale 2013,5,594.)，100次循環(huán)后容量為111.8mAh·g^-1(177mA·g^-1)，此外，通過水熱法合成了由納米管組成的微球Na₂Ti₃O₇(WangW.；Yu C.；Lin Z.；Hou J.；Zhu H.；Jiao S.Nanoscale 2013,5,594.)，在1770mA·g^-1的高電流密度下，其容量為90mAh·g^-1，100次循環(huán)后容量保持率為81％。在此基礎上，如何進一步提高Na₂Ti₃O₇電極的反應速率以滿足大功率器件的需求仍是一項緊迫的任務。

近年來，由于納米管具有較短的離子輸運長度、較大的接觸表面積和穩(wěn)定的結(jié)構，在提高離子電導率方面引起了人們的興趣。然而，關于Na₂Ti₃O₇納米管作為鈉離子陽極材料的研究有限。因此，采用簡便的方法制備Na₂Ti₃O₇納米管，設計適合的結(jié)構以克服離子/電子導電性差的問題是值得研究的。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鈉離子插層型氧化鈦納米管及其制備方法。