CN106654246B - 一种圆形多孔TiO2纳米片的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种圆形多孔TiO2纳米片的制备方法及其应用。将对苯二甲酸分散于甲醇和N,N‑二甲基甲酰胺的混合溶液中磁力搅拌，然后滴加钛酸丁酯搅拌，接着加入六水合氯化钴搅拌，在150℃‑180℃下反应1‑2天，再经离心洗涤干燥，最后经退火得到圆形多孔TiO2纳米片。经扫描电镜观察，这种圆片状TiO2粒径约为300‑400 nm，且具有多孔的形貌。用此圆形多孔TiO2纳米片作为钠离子电池负极材料，结果表明其具有较高的比容量、优异的倍率充放电性能和良好的循环稳定性。电流密度为0.1 A/g下循环50次后仍保持在220 mAh·g‑1。

Description

一种圆形多孔TiO2纳米片的制备方法及其应用
技术领域
本发明属于钠离子电池负极材料领域，具体涉及一种圆形多孔TiO2纳米片的制备方法及其应用。
背景技术
锂离子电池具有能量密度大、电压高和循环寿命长等显著优点而被广泛应用于移动电子设备、国防工业、电动汽车等领域。但是随着锂离子电池的大量制造应用，锂（碳酸锂）的价格不断上升，且锂的资源在地球中的储量本身就比较少。钠元素在地球上的储量比锂要丰富得多，金属钠来源广泛且廉价，因而钠离子电池近年来得到广泛的关注。当前，钠离子电池因缺乏合适的负极材料而制约其应用，开发性能优异的钠离子电池负极材料是该领域的研究重点和热点。
目前没有圆形多孔片状TiO2钠离子电池负极材料的制备方法的相关专利报道。
发明内容
本发明提供了一种高性能圆形多孔片状TiO2钠离子电池负极材料的制备方法。本发明在较低的温度下，首次合成出圆形多孔TiO2纳米片。经扫描电镜观察，这种圆片状TiO2粒径约为300-400 nm，且具有多孔的形貌。用此圆形多孔TiO2纳米片作为钠离子电池负极材料，结果表明其具有较高的比容量、优异的倍率充放电性能和良好的循环稳定性。电流密度为0.1 A/g 下循环50次后仍保持在220 mAh·g-1。
圆形多孔TiO2纳米片的制备：将2.8-3.4 g的对苯二甲酸（PTA）分散于5-10 mL 甲醇（MeOH）和52-61mL的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）的混合溶液中磁力搅拌5-20分钟，然后滴加1.2-2 mL的钛酸丁酯搅拌7-18分钟，接着加入1-4 mg的六水合氯化钴（CoCl2·6H2O）搅拌6-15min，在150 ℃-180 ℃下反应1-2 天，再经离心洗涤干燥后得到产物，最后经390℃-450℃退火得到最终产品。
钠离子电池组装：按质量比圆形多孔片状TiO2：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70-75：5-10：15-20混合研磨后均匀地涂在1.2 cm2的铜片上做正极，负极为金属钠，电解质是1MNaClO4的EC+DEC (EC/ DEC=1/1 v/v) 溶液。电池组装在氩气保护下手套箱里进行（氧气和水分含量均低于1ppm）。
本发明的显著优点在于：本发明首次提供了圆形多孔片状TiO2钠离子电池负极材料的制备方法，圆形是最有利于电化学均匀传质和扩散的形状，多孔又能增加电解液在电极材料中的渗入和接触，且其制备方法操作简便、成本低、纯度高、性能优异，可以大量合成。用此圆形多孔TiO2纳米片作为钠离子电池负极材料，结果表明其具有较高的比容量、优异的倍率充放电性能和良好的循环稳定性。电流密度为0.1 A/g 下循环50次后仍保持在220 mAh·g-1。此产品还能推广至其他能源和催化等领域的应用。
附图说明
图1为实施例1圆形多孔TiO2纳米片的XRD图；
图2（a）为实施例1圆形多孔TiO2纳米片的扫描电镜图；
图2（b）为实施例1圆形多孔TiO2纳米片的透射电镜图；
图3为实施例1中的钠离子电池的循环曲线图。
具体实施方式
本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。
实施例1
圆形多孔TiO2纳米片的制备：将3.0 g的对苯二甲酸（PTA）分散于8 mL 甲醇（MeOH）和55mL的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）的混合溶液中磁力搅拌10分钟，然后滴加1.5 mL的钛酸丁酯搅拌15分钟，接着加入2 mg的六水合氯化钴（CoCl2·6H2O）搅拌10min，170℃下反应1天，再经离心洗涤干燥后得到产物，最后经400℃退火得到最终产品。
钠离子电池组装：按质量比圆形多孔片状TiO2：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝72：8：18混合研磨后均匀地涂在1.2 cm2的铜片上做正极，负极为金属钠，电解质是1M NaClO4的EC+DEC(EC/ DEC=1/1 v/v) 溶液。电池组装在氩气保护下手套箱里进行（氧气和水分含量均低于1ppm）。
由图2（a）扫描电镜可知，这种圆片状TiO2粒径为300-400 nm，且具有多孔的形貌。用此圆形多孔TiO2纳米片作为钠离子电池负极材料，结果表明其具有较高的比容量、优异的倍率充放电性能和良好的循环稳定性。图3中，电流密度为0.1 A/g 下循环50次后仍保持在220 mAh·g-1。
实施例2
圆形多孔TiO2纳米片的制备：将2.8 g的对苯二甲酸（PTA）分散于5 mL 甲醇（MeOH）和52mL的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）的混合溶液中磁力搅拌5分钟，然后滴加1.2 mL的钛酸丁酯搅拌7分钟，接着加入1mg的六水合氯化钴（CoCl2·6H2O）搅拌6min，在150 ℃下反应1天，再经离心洗涤干燥后得到产物，最后经390℃退火得到最终产品。
钠离子电池组装：按质量比圆形多孔片状TiO2：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70：5：15混合研磨后均匀地涂在1.2 cm2的铜片上做正极，负极为金属钠，电解质是1M NaClO4的EC+DEC(EC/ DEC=1/1 v/v) 溶液。电池组装在氩气保护下手套箱里进行（氧气和水分含量均低于1ppm）。
实施例3
圆形多孔TiO2纳米片的制备：将3.4 g的对苯二甲酸（PTA）分散于10 mL 甲醇（MeOH）和61mL的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）的混合溶液中磁力搅拌20分钟，然后滴加2 mL的钛酸丁酯搅拌18分钟，接着加入4 mg的六水合氯化钴（CoCl2·6H2O）搅拌15min，在180 ℃下反应2 天，再经离心洗涤干燥后得到产物，最后经450℃退火得到最终产品。
钠离子电池组装：按质量比圆形多孔片状TiO2：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝75： 10：20混合研磨后均匀地涂在1.2 cm2的铜片上做正极，负极为金属钠，电解质是1M NaClO4的EC+DEC (EC/ DEC=1/1 v/v) 溶液。电池组装在氩气保护下手套箱里进行（氧气和水分含量均低于1ppm）。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种圆形多孔TiO2纳米片的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
将2.8-3.4 g的对苯二甲酸分散于5-10 mL 甲醇和52-61mL的N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液中磁力搅拌5-20分钟，然后滴加1.2-2 mL的钛酸丁酯搅拌7-18分钟，接着加入1-4mg的六水合氯化钴，搅拌6-15min，在150 ℃-180 ℃下反应1-2 天，再经离心洗涤干燥，最后经390℃-450℃退火得到圆形多孔TiO2纳米片。
2.一种如权利要求1所述的制备方法制得的圆形多孔TiO2纳米片。
3.一种如权利要求2所述的圆形多孔TiO2纳米片的应用，其特征在于，圆形多孔TiO2纳米片在钠离子电池中的应用，具体应用方法为：钠离子电池组装：按质量比圆形多孔片状TiO2：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70-75：5-10：15-20混合研磨后均匀地涂在1.2 cm2的铜片上做正极，负极为金属钠，电解质是1M NaClO4的EC+DEC溶液，其中EC/ DEC=1/1 v/v；电池组装在氩气保护下手套箱里进行，氧气和水分含量均低于1ppm。
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金红石TiO2介晶:一种高性能钠离子电池负极材料;周凯强等;《第18届全国固态离子学学术会议暨国际电化学储能技术论坛论文集》;20161130;第101页

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