[發明專利]一種鈦酸鹽基中空材料的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202111228165.0
• 申請日: 2021-10-21
• 公開（公告）號: CN113880134A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 于樂;李念武;陳沖;張心雨;李沁韓
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00;H01M4/36;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;謝蓉

1.一種鈦酸鹽基中空材料的制備方法，其特征在于，包括：

S1)以二氧化鈦包覆的二氧化硅核殼結構納米球(SiO₂@TiO₂)或中空二氧化鈦納米管陣列作為前驅體，在鋰、鈉、鉀的堿性環境下進行第一步水熱反應，得到中空的層狀鈦酸鹽材料；

S2)將步驟S1)中得到的層狀鈦酸鹽材料與含有除鋰、鈉、鉀之外的金屬陽離子的鹽溶液，在水熱條件下進行陽離子交換，得到含有除鋰、鈉、鉀之外的金屬陽離子的層狀鈦酸鹽材料；

S3)將步驟S2)得到的含有除鋰、鈉、鉀之外的金屬陽離子的層狀鈦酸鹽進行高溫煅燒，得到還原性鈦酸鹽基中空材料。

2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述SiO₂@TiO₂納米球前驅體的直徑為400～900nm，TiO₂殼層的厚度為50～200nm。

優選地，所述二氧化鈦納米管的內徑為150～200nm，外徑為200～300nm，長度為10～50μm。

3.如權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟S1)中，所述鋰、鈉、鉀的堿性環境為氫氧化鋰、氫氧化鈉或氫氧化鉀。

優選地，所述堿性環境中，氫氧化鋰、氫氧化鈉或氫氧化鉀的濃度為0.05～3M。

4.如權利要求1-3任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟S1)中，所述水熱反應的溫度為100～220℃，所述水熱反應的時間為2～10h。

5.如權利要求1-4任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟S2)中，所述含有除鋰、鈉、鉀之外的金屬陽離子的鹽中的金屬離子選自Mg、Ca、Sr、Ba、Co、Ni、Sn、Zn、Cr、Ce、Mo、La等中的至少一種。

優選地，步驟S2)中，所述含有除鋰、鈉、鉀之外的金屬陽離子的鹽可以為含有除鋰、鈉、鉀之外的金屬陽離子的氯化鹽、硫酸鹽和硝酸鹽等中的至少一種。

優選地，所述氯化鹽溶液的濃度為0.5～4M。

優選地，步驟S2)中，所述水熱的溫度為80～200℃，所述水熱的時間為0.5～8h。

6.如權利要求1-5任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟S3)中，所述高溫煅燒處理的溫度為800～1000℃，所述高溫煅燒處理的時間為2～4h。

7.如權利要求1-6任一項所述的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1)利用二氧化鈦包覆的二氧化硅納米球(SiO₂@TiO₂)或中空二氧化鈦納米管陣列作為前驅體在堿性環境下進行第一步水熱反應，將無定型二氧化鈦轉化為層狀鈦酸鹽材料，同時去除納米球中的二氧化硅硬模板；

S2)將步驟S1)制得的層狀鈦酸鹽置于含有除鋰、鈉、鉀之外的金屬陽離子的氯化鹽溶液中，在水熱條件下進行陽離子交換生成含有除鋰、鈉、鉀之外的金屬陽離子的層狀鈦酸鹽材料；

S3)將步驟S2)所得的含有除鋰、鈉、鉀之外的金屬陽離子的層狀鈦酸鹽在還原性氣體氛圍下進行退火，得到還原性鈦酸鹽中空納米球或中空納米管陣列材料。

8.權利要求1-7任一項所述的制備方法制備得到的除鋰、鈉、鉀之外的鈦酸鹽基中空材料。

優選地，所述鈦酸鹽基中空材料為鈦酸鹽中空納米球或中空納米管陣列。

優選地，所述鈦酸鹽中空納米球的直徑為400～900nm，殼的厚度為50～200nm；或所述鈦酸鹽中空納米管的內徑為150～200nm，外徑為200～300nm，長度為10～50μm。

9.權利要求8所述的鈦酸鹽基中空材料在電動汽車、便攜式設備(如手機、電腦及數碼相機)、儲能器件等中的應用。

10.一種鋰/鈉離子電池，其特征在于，所述電池的負極材料含有權利要求8所述的鈦酸鹽基中空材料。