CN107792878B - 一种分等级结构二氧化钛（b）的制备方法及其在锂离子电池中的应用 - Google Patents

一种分等级结构二氧化钛（b）的制备方法及其在锂离子电池中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种分等级结构TiO2‑B的快速制备方法及其在锂离子电池中的应用。通过将乙醇酸溶解在水中，然后加入钛酸四丁酯，浓硫酸和葡萄糖，搅拌，高压釜反应完后洗涤烘干，再煅烧，得到分等级结构TiO2‑B，该分等级结构TiO2‑B作锂电池负极具有很高的比容量和循环稳定性，在较大的电流密度1.675A/g时充放电100圈，容量稳定在202.3mAh/g。

Description

一种分等级结构二氧化钛（B）的制备方法及其在锂离子电池 中的应用
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种分等级结构TiO2-B的快速制备方法及其在锂离子电池中的应用。
背景技术
目前还未有快速制备分等级结构TiO2-B的相关专利报道。上世纪九十年代锂离子电池开发成功以来，锂离子电池已经得到了广泛的应用，但是要得到循环性能好，比容量高，大电流充放电性能好的锂离子电池负极材料一直以来是科学家的研究重点。二氧化钛作为一种嵌入型的材料，因其安全无毒，来源丰富，循环稳定好等优点受到科研工作者的关注。二氧化钛是一种具有多种晶相的氧化物，常见的晶相有锐钛矿、金红石、板钛矿和TiO2-B相。其中TiO2-B相属于亚稳定相，因其结构具有更为开放的空间通道，可以更为有效地进行锂离子的嵌锂脱出，成为近些年研究的热点。然而，TiO2-B的制备较为复杂，一般是通过氢型钛酸盐的热处理得到的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分等级结构TiO2-B的快速制备方法及其在锂离子电池中的应用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
具体的制备方法如下：将3.5克的乙醇酸溶解在20-30毫升的水中，然后加入0.5-2毫升的钛酸四丁酯，0.1-1毫升的浓硫酸和1-5克的葡萄糖，搅拌，移入50毫升的反应釜中，置于100-200℃的烘箱中，反应2-10小时，将所得产品用水洗涤数次，烘干，将样品在400℃空气氛围下煅烧1-3个小时，得到分等级结构TiO2-B。
锂离子电池组装：按质量比将分等级结构TiO2-B：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70：20：10混合研磨后均匀地涂在铜箔上做负极，参比电极和对电极均为金属锂，电解质为1M LiPF6的EC+DMC+EMC (EC/DMC/EMC=1/1/1 v/v) 溶液。
本发明的显著优点在于：
本发明提供了一种分等级结构TiO2-B快速制备方法，该方法工艺简单，成本廉价，能耗低，重现性好，性能优。
附图说明
图1 分等级结构TiO2-B的X射线衍射谱图；
图2 分等级结构TiO2-B的拉曼谱图；
图3 分等级结构TiO2-B的扫描电镜图；
图4 分等级结构TiO2-B的透射电镜图；
图5 分等级结构TiO2-B的电化学性能图（电流密度为1.675 A/g）。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
具体的制备方法如下：将3.5克的乙醇酸溶解在20-30毫升的水中，然后加入0.5-2毫升的钛酸四丁酯，0.1-1毫升的浓硫酸和1-5克的葡萄糖，搅拌，移入50毫升的反应釜中，置于100-200℃的烘箱中，反应2-10小时，将所得产品用水洗涤数次，烘干，将样品在400℃空气氛围下煅烧1-3个小时，得到分等级结构TiO2-B。
锂离子电池组装：按质量比将分等级结构TiO2-B：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70：20：10混合研磨后均匀地涂在铜箔上做负极，参比电极和对电极均为金属锂，电解质为1M LiPF6的EC+DMC+EMC (EC/DMC/EMC=1/1/1 v/v) 溶液。
本发明采用一步水热法及随后的煅烧过程，快速制备分等级结构TiO2-B，将其应用于锂离子电池负极材料中，该分等级结构TiO2-B作锂电池负极具有很高的比容量和循环稳定性，在较大的电流密度1.675 A/g时充放电100圈，容量稳定在202.3 mAh/g。
图1是分等级结构TiO2-B的X射线衍射图，从图中可以看出所有的衍射峰都可归属于单斜相的TiO2-B (JCPDS***：74-1940)。另外，从其衍射图中，没有发现杂峰。这说明用本发明的方法制备的分等级结构TiO2-B为纯相的TiO2-B。
图2为分等级结构TiO2-B的拉曼谱图，拉曼峰位置在125、145、199、240、252、296、365、409、435、477、555、635和860 cm-1，进一步确定了该分等级结构TiO2-B为纯相的TiO2-B。
图3和图4分别是分等级结构TiO2-B的扫描电镜图、透射电镜图和高分辨透射电镜图。从中可以看出，所合成的样品具有明显的分等级结构，直径在400-500nm之间的微球聚集在一起，这些微球是由更小的纳米粒子组装而成的。其中纳米粒子的尺寸只有几个纳米。从高分辨透射电镜图中，可以看到两种晶格条纹，分别为0.62和0.36 nm，对应的是TiO2-B的d001和d110间距。
图5为分等级结构TiO2-B在电压范围为1-3 V (vs. Li/Li+)的循环性能。在电流密度为电流密度1.675 A/g时，该材料的首次放电比容量为296.1 mAh/g，循环100圈之后，放电比容量仍有202.3 mAh/g，表现出较高的比容量和稳定的循环性能。
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 (4)

1.一种分等级结构TiO2-B的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：将3.5克的乙醇酸溶解在20-30毫升的水中，然后加入0.5-2毫升的钛酸四丁酯，0.1-1毫升的浓硫酸和1-5克的葡萄糖，搅拌，移入50毫升的反应釜中，置于100-200℃的烘箱中，反应2-10小时，将所得产品用水洗涤数次，烘干，将样品在400℃空气氛围下煅烧1-3个小时，得到分等级结构TiO2-B。
2.一种如权利要求1所述方法制备的分等级结构TiO2-B在锂离子电池中的应用，其特征在于：将分等级结构TiO2-B、聚偏氟乙烯、乙炔黑、混合研磨后均匀地涂在铜箔上做负极，参比电极和对电极均为金属锂，电解质为1M LiPF6的EC+DMC+EMC 溶液。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：按质量比计，分等级结构TiO2-B：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70：20：10。
4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：其中按体积比计，EC：DMC：EMC=1：1：1。
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