CN108598455B - 分等级结构TiO2-B的制备方法及其在锂离子电池中的应用 - Google Patents

分等级结构TiO2-B的制备方法及其在锂离子电池中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN108598455B
CN108598455B CN201810381977.0A CN201810381977A CN108598455B CN 108598455 B CN108598455 B CN 108598455B CN 201810381977 A CN201810381977 A CN 201810381977A CN 108598455 B CN108598455 B CN 108598455B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tio
hierarchical structure
exposing
lithium ion
ion battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810381977.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108598455A (zh
Inventor
魏明灯
柳宇彬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuzhou University
Original Assignee
Fuzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuzhou University filed Critical Fuzhou University
Priority to CN201810381977.0A priority Critical patent/CN108598455B/zh
Publication of CN108598455A publication Critical patent/CN108598455A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108598455B publication Critical patent/CN108598455B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/483—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明提供一种暴露{010}晶面的分等级结构TiO2‑B的制备方法及其在锂离子电池中的应用，采用一步水热法及随后的煅烧过程，在乙醇酸和水的混合溶液中，加入氟钛酸铵和硼酸，加热煅烧，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200圈，容量稳定在200.9 mAh/g。

Description

分等级结构TiO2-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领域，具体涉及一种暴露{010}晶面的分等级结构TiO2-B的制备方法及其在锂离子电池中的应用。
背景技术
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。
目前还未有制备暴露{010}晶面分等级结构TiO2-B的相关专利报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种暴露{010}晶面的分等级结构TiO2-B的制备方法及其在锂离子电池中的应用，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200圈，容量稳定在200.9 mAh/g。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种暴露{010}晶面的分等级结构TiO2-B，具体的制备方法如下：
将3.5克的乙醇酸溶解在25-40毫升的水中，然后加入0.5-2毫摩尔的氟钛酸铵和0.5-2毫摩尔的硼酸，搅拌，移入50毫升的反应釜中，置于100-200度的烘箱中，反应2-10小时，将所得产品用水洗涤数次，烘干，将样品在400度空气氛围下煅烧1-2小时，即可得到暴露{010}晶面的分等级结构TiO2-B。
所述暴露{010}晶面的分等级结构TiO2-B在锂离子电池中的应用：锂电池组装：按质量比分等级结构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。所有组装均在手套箱里进行。
本发明的显著优点在于：本发明提供了一种暴露{010}晶面的分等级结构TiO2-B制备方法，该方法工艺简单，成本廉价，能耗低，重现性好，性能优异。所制备的暴露{010}晶面的分等级结构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200圈，容量稳定在200.9 mAh/g。
本发明的作用原理：本发明发现乙醇酸对TiO2-B的合成具有密切的关系。换言之，如果反应体系中不加入乙醇酸，则得不到纯相的TiO2-B。另外，以氟钛酸铵和硼酸为反应物，是合成暴露{010}晶面的分等级结构TiO2-B的关键因素。如果将氟钛酸铵和硼酸换成钛酸正丁酯和硫酸，则得到TiO2-B纳米粒子。
附图说明
图1是暴露{010}晶面的分等级结构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是暴露{010}晶面的分等级结构TiO2-B的扫描电镜图和透射电镜图。从图2中a和b可以看出合成的样品尺寸在300-400纳米之间，并且是由纳米片交叉形成分等级结构。图2中d是高分辨透视图，从中可以看出两组晶格条纹，分别为0.58纳米和0.62纳米，且它们的夹角约为107度，分别对应（100）和（001）晶面。以上结果说明该纳米片暴露出{010}晶面。
图3是暴露{010}晶面的分等级结构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239.1 mAh/g，循环100圈之后，放电比容量仍有202.3 mAh/g，且首圈库伦效率高达91.1%，表现出较高的比容量和稳定的循环性能。
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 暴露{010}晶面的分等级结构TiO2-B的制备方法
将3.5克的乙醇酸溶解在30毫升的水中，然后加入1毫摩尔的氟钛酸铵和1毫摩尔的硼酸，搅拌，移入50毫升的反应釜中，置于150度的烘箱中，反应5小时，将所得产品用水洗涤数次，烘干，将样品在400度空气氛围下煅烧1.5小时，得到暴露{010}晶面的分等级结构TiO2-B。
由图1、2可知，本发明制得的材料确为暴露{010}晶面的分等级结构TiO2-B。
实施例2
将3.5克的乙醇酸溶解在25毫升的水中，然后加入0.5毫摩尔的氟钛酸铵和0.5毫摩尔的硼酸，搅拌，移入50毫升的反应釜中，置于100度的烘箱中，反应2小时，将所得产品用水洗涤数次，烘干，将样品在400度空气氛围下煅烧1小时，得到暴露{010}晶面的分等级结构TiO2-B。
实施例3
将3.5克的乙醇酸溶解在40毫升的水中，然后加入2毫摩尔的氟钛酸铵和2毫摩尔的硼酸，搅拌，移入50毫升的反应釜中，置于200度的烘箱中，反应10小时，将所得产品用水洗涤数次，烘干，将样品在400度空气氛围下煅烧2小时，得到暴露{010}晶面的分等级结构TiO2-B。
实施例4 暴露{010}晶面的分等级结构TiO2-B在锂离子电池中的应用
将实施例1制得的暴露{010}晶面的分等级结构TiO2-B用于锂离子电池的制备，并进行电化学性能测试。
锂电池组装：按质量比分等级结构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溶液，其中体积比EC/DMC/EMC=1/1/1。所有组装均在手套箱里进行。
所制备的暴露{010}晶面的分等级结构TiO2-B作锂电池负极具有很高的比容量和循环稳定性，由图3可知，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239.1 mAh/g，循环100圈之后，放电比容量仍有202.3 mAh/g，且首圈库伦效率高达91.1%，在较大的电流密度1.675 A/g时充放电200圈，容量稳定在200.9 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 (3)

1.一种暴露{010}晶面的分等级结构TiO2-B的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：将3.5克的乙醇酸溶解在25-40毫升的水中，然后加入0.5-2毫摩尔的氟钛酸铵和0.5-2毫摩尔的硼酸，搅拌，移入50毫升的反应釜中，置于100-200度的烘箱中，反应2-10小时，将所得产品用水洗涤数次，烘干，将样品在400度空气氛围下煅烧1-2小时，得到暴露{010}晶面的分等级结构TiO2-B。
2.根据权利要求1所述的制备方法制得的暴露{010}晶面的分等级结构TiO2-B。
3. 一种如权利要求2所述的暴露{010}晶面的分等级结构TiO2-B的应用，其特征在于，所述暴露{010}晶面的分等级结构TiO2-B在锂离子电池中的应用，该锂离子电池的制备方法：将分等级结构TiO2-B、聚偏氟乙烯、乙炔黑按质量比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溶液，其中体积比EC/DMC/EMC=1/1/1。
CN201810381977.0A 2018-04-26 2018-04-26 分等级结构TiO2-B的制备方法及其在锂离子电池中的应用 Active CN108598455B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810381977.0A CN108598455B (zh) 2018-04-26 2018-04-26 分等级结构TiO2-B的制备方法及其在锂离子电池中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810381977.0A CN108598455B (zh) 2018-04-26 2018-04-26 分等级结构TiO2-B的制备方法及其在锂离子电池中的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108598455A CN108598455A (zh) 2018-09-28
CN108598455B true CN108598455B (zh) 2020-08-11

Family

ID=63609988

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810381977.0A Active CN108598455B (zh) 2018-04-26 2018-04-26 分等级结构TiO2-B的制备方法及其在锂离子电池中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108598455B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110790304A (zh) * 2019-11-13 2020-02-14 福州大学 一种海胆状结构的二氧化锗/氮掺杂碳复合材料制备及其锂离子电池应用
CN112018374A (zh) * 2020-09-02 2020-12-01 福州大学 一种纳米结构TiO2(B)及其制备方法及应用
CN113087011A (zh) * 2021-03-31 2021-07-09 福州大学 一种二氧化钛b相材料及其制备方法和应用
CN113130884B (zh) * 2021-04-07 2024-02-13 福建大成新能源科技有限公司 一种F掺杂TiO2-B的制备方法及其应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103657625A (zh) * 2013-12-26 2014-03-26 湛江师范学院 一种暴露高能晶面{001}金红石型硼掺杂二氧化钛微球的制备方法
CN105347393B (zh) * 2015-11-11 2016-10-26 湘潭大学 一种暴露{010}晶面的锐钛矿二氧化钛纳米带及其制备方法
CN107792878A (zh) * 2017-10-26 2018-03-13 福州大学 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
KR101883630B1 (ko) * 2017-03-14 2018-08-01 주식회사 디알비동일 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체 및 이의 제조 방법
CN107126944B (zh) * 2017-05-11 2019-08-13 大连理工大学 一种具有高可见光催化活性的多缺陷多掺杂二氧化钛纳米颗粒及制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103657625A (zh) * 2013-12-26 2014-03-26 湛江师范学院 一种暴露高能晶面{001}金红石型硼掺杂二氧化钛微球的制备方法
CN105347393B (zh) * 2015-11-11 2016-10-26 湘潭大学 一种暴露{010}晶面的锐钛矿二氧化钛纳米带及其制备方法
KR101883630B1 (ko) * 2017-03-14 2018-08-01 주식회사 디알비동일 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체 및 이의 제조 방법
CN107126944B (zh) * 2017-05-11 2019-08-13 大连理工大学 一种具有高可见光催化活性的多缺陷多掺杂二氧化钛纳米颗粒及制备方法
CN107792878A (zh) * 2017-10-26 2018-03-13 福州大学 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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Vinodkumar Etacheri等.Chemically Bonded TiO2 Bronze Nanosheet/Reduced Graphene Oxide Hybrid for High-Power Lithium Ion Batteries.《Acs Nano》.2014,第8卷(第2期),第1491-1499页. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108598455A (zh) 2018-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108598455B (zh) 分等级结构TiO2-B的制备方法及其在锂离子电池中的应用
Wu et al. Multifunctional AlPO4 coating for improving electrochemical properties of low-cost Li [Li0. 2Fe0. 1Ni0. 15Mn0. 55] O2 cathode materials for lithium-ion batteries
CN103456936B (zh) 钠离子二次电池及其用的层状钛酸盐活性物质、电极材料、正负极和活性物质的制备方法
Yao et al. Synthesis and electrochemical performance of phosphate-coated porous LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 cathode material for lithium ion batteries
CN107792878B (zh) 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
JP2002151077A (ja) 非水電解質二次電池用正極活物質及びその製造法
CN104218243A (zh) 一种高稳定性的镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法
Ju et al. Surfactant-assisted synthesis of high energy {010} facets beneficial to Li-ion transport kinetics with layered LiNi0. 6Co0. 2Mn0. 2O2
CN107093739B (zh) 钾离子电池正极材料用钾锰氧化物及其制备方法
KR101856994B1 (ko) 리튬 이온 전지 음극 소재용 리튬 티타늄 산화물 제조방법
Ha et al. Effects of surface modification on the cycling stability of LiNi0. 8Co0. 2O2 electrodes by CeO2 coating
JP2000294242A (ja) 非水電解液二次電池用正極活物質、その製造方法及び非水電解液二次電池
CN108117103B (zh) 一种钒酸钴化合物及其制备方法与应用
CN113130884B (zh) 一种F掺杂TiO2-B的制备方法及其应用
Pillai et al. Cobalt-free Li-rich high-capacity cathode material for lithium-ion cells synthesized through sol–gel method and its electrochemical performance
JP2002151078A (ja) 非水電解質二次電池用正極活物質及びその製造法
Li et al. Electrochemical performance of LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 with different synthesis methods
CN108217725B (zh) 一种水合碱式焦钒酸锌（Zn3V2O7(OH)2·2H2O）材料的制备方法及应用
WO2013125798A1 (ko) 리튬 이차전지용 양극 활물질의 제조 방법
CN106129400B (zh) 一种镧部分取代锰的球形富锂锰基正极材料及其制备方法
CN113054185A (zh) 一种无相变的正负极两用的钠离子电池材料及其制备方法和应用
CN109671920B (zh) 纳米金刚石与二氧化钛空心球复合电极材料及制备方法
CN107591530B (zh) 一种钛酸锂负极材料的改性方法
CN112490440B (zh) 液相反应制备的氧硒化物/硫硒化物、方法及其应用
CN114538523A (zh) 一种铁钒酸盐材料及其制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant