介觀晶體的制備及其應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電池材料學領域，具體涉及一種大比表面多孔金紅石1102介觀晶體的制備及其應用。
【背景技術】
[0002]金紅石是較純的二氧化鈦，一般含二氧化鈦在95%以上，它具有耐高溫、耐低溫、耐腐蝕、高強度、小比重等優(yōu)異性能，被廣泛用于鋰電池的陽極材料。近年來，鋰離子電池具有高電壓、高容量和循環(huán)壽命長等顯著優(yōu)點而被廣泛應用于移動電子設備、國防工業(yè)、電動汽車等領域。但是隨著鋰離子電池的不斷普及，鋰(碳酸鋰)的價格不斷上升，且鋰的資源在地球中的儲量也較少。因此，開發(fā)一種性能優(yōu)異的其他離子電池成為目前研宄的重點和熱點。
[0003]鈉元素在地球上的儲量比鋰要豐富得多，金屬鈉來源廣泛且廉價，因而鈉離子電池近年來得到廣泛的關注。當前，鈉離子電池因缺乏合適的負極材料而制約了其應用，開發(fā)性能優(yōu)異的鈉離子電池負極材料是當前該領域的研宄重點和熱點。目前還沒有金紅石T12在鈉離子電池中應用的相關專利報道。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對鈉離子電池缺乏合適的負極材料，提供一種大比表面多孔金紅石1102介觀晶體的制備方法，將制得的金紅石T1 2介觀晶體用于鈉離子電池中，性能優(yōu)異，具有良好的應用前景。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
一種大比表面多孔金紅石T12介觀晶體的制備方法:將0.9-1.2 g的十六烷基苯磺酸鈉分散于35-60 ml 2.0-2.5 mol/1鹽酸溶液中，然后滴加0.8-1.2 ml的鈦酸異丙酯，在700C -85 °C下反應12-24 h，再經離心洗滌干燥后得到白色產物；最后經390°C _420°C退火l_2h得到最終廣品。
[0006]如上所述的制備方法制得的大比表面多孔金紅石T12介觀晶體為多孔四方狀，粒徑為100-130 nm，比表面積為155-159 m2.g \平均孔徑為3 nm。
[0007]—種如上所述的制備方法制得的大比表面多孔金紅石1102介觀晶體的應用:用于鈉離子電池。
[0008]所述的大比表面多孔金紅石T12介觀晶體用于鈉離子電池中，是按金紅石1102介觀晶體:聚偏氟乙烯:乙炔黑的質量比=70-75:5-10:15-20混合研磨后，均勻地涂在1.2cm2的銅片上做正極，負極為金屬鈉，電解質是IM NaClOj^EC+DEC (EC/ DEC=I/1 v/v)溶液。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于:
(I)本發(fā)明在較低的溫度下(70 0C -85 °C)，首次合成出高純度(95%以上)多孔四方狀的金紅石T12介觀晶體，比表面積達155-159 m Y1，平均孔徑為3nm ； (2)本發(fā)明制得的大比表面多孔金紅石1102介觀晶體作為鈉離子電池負極材料時，具有較高的比容量、優(yōu)異的倍率充放電性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性；電流密度為0.1 Ag—1的情況下，其首次放電和充電比容量達434 mAhg—1和232 mAhg ―1;且具有優(yōu)異的循環(huán)性能，從第二次循環(huán)開始，其容量保持率可在97%以上在鈉離子電池中具有良好的應用前景。
【附圖說明】
[0010]圖1多孔金紅石T12介觀晶體的XRD圖；
圖2多孔金紅石T12介觀晶體的掃描電鏡(a)和透射電鏡分析(b)圖，電子衍射圖； 圖3多孔金紅石1102介觀晶體(a)和納米粒子的充電曲線(b)圖。
【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明用下列實施例來進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于下列實施例。
[0012]實施例1
一種大比表面多孔金紅石T12介觀晶體的制備方法:將0.9g的十六烷基苯磺酸鈉分散于35 ml 2.5 mol/1鹽酸溶液中，然后滴加0.8 ml的鈦酸異丙酯，在70 °C下反應24 h，再經離心洗滌干燥后得到白色產物；最后經390°C退火Ih得到最終產品；純度為96%。
[0013]實施例2
一種大比表面多孔金紅石T12介觀晶體的制備方法:將1.2 g的十六烷基苯磺酸鈉分散于60 ml 2.0 mol/1鹽酸溶液中，然后滴加1.0 ml的鈦酸異丙酯，在80°C下反應18 h，再經離心洗滌干燥后得到白色產物；最后經420°C退火2h得到最終產品；純度為95%。
[0014]實施例3
一種大比表面多孔金紅石T12介觀晶體的制備方法:將1.0 g的十六烷基苯磺酸鈉分散于45 ml 2.3 mol/1鹽酸溶液中，然后滴加1.2 ml的鈦酸異丙酯，在85 °C下反應12 h，再經離心洗滌干燥后得到白色產物；最后經400 °C退火1.5 h得到最終產品；純度為97%。
[0015]將實施例制得的多孔金紅石T12介觀晶體進行分析，掃描電鏡和透射觀察結果顯示，這種金紅石T12介觀晶體的粒徑為100-130 nm，它是由非常微小的納米晶(3-5 nm)構筑形成的，且具有多孔的形貌；電子衍射圖(見圖2b插圖)表明整個粒子具有單晶狀的衍射結構，說明這些小納米晶單元排列高度有序，證實其為介觀晶體結構的金紅石T12;
N2物理吸脫附測試表明其比表面積達155-159 Hi2g'平均孔徑為3nm。
[0016]應用實施例1
鈉離子電池組裝:金紅石打02介觀晶體:聚偏氟乙烯:乙炔黑=70-75:5-10:15-20混合研磨后均勻地涂在1.2 cm2的銅片上做正極，負極為金屬鈉，電解質是IM NaClO 4的EC+DEC (EC/ DEC=I/1 v/v)溶液。電池組裝在氬氣保護下手套箱里進行(氧氣和水分含量均低于Ippm)。
[0017]用此大比表面多孔金紅石T12介觀晶體作為鈉離子電池負極材料，結果表明其具有較高的比容量、優(yōu)異的倍率充放電性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。電流密度為0.1 Ag—1的情況下，其首次放電和充電比容量達434 mAhg—1和232 mAhg ―1;且具有優(yōu)異的循環(huán)性能，從第二次循環(huán)開始，其容量保持率可在97%以上。相比而言，普通商業(yè)化的金紅石T12納米粒子的容量則低得多，其首次放電和充電比容量僅為167 mAhg—1和50 mAhg ―1;且其循環(huán)性能很差，5次循環(huán)后，其容量僅為30 mAhg'
[0018]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【主權項】
1.一種大比表面多孔金紅石T12介觀晶體的制備方法，其特征在于:將0.9-1.2 g的十六烷基苯磺酸鈉分散于35-60 ml 2.0-2.5 mol/1鹽酸溶液中，然后滴加0.8-1.2 ml的鈦酸異丙酯，在70 0C -85 °C下反應12-24 h，再經離心洗滌干燥后得到白色產物；最后經3900C _420°C退火l_2h得到最終產品。
2.一種如權利要求1所述的制備方法制得的大比表面多孔金紅石T1 2介觀晶體，其特征在于:所述的金紅石?。?^介觀晶體為多孔四方狀，粒徑為100-130 nm，比表面積為155-159 m2.g-1，平均孔徑為 3 nm。
3.一種如權利要求2所述的大比表面多孔金紅石T1 2介觀晶體的應用，其特征在于:用于鈉離子電池。
4.根據(jù)權利要求3所述的大比表面多孔金紅石T12介觀晶體的應用，其特征在于:所述的大比表面多孔金紅石T12介觀晶體用于鈉離子電池中，是按金紅石1102介觀晶體:聚偏氟乙烯:乙炔黑的質量比=70-75:5-10:15-20混合研磨后，均勻地涂在1.2 cm2的銅片上做正極，負極為金屬鈉，電解質是IM似(:104的EC+DEC (EC/ DEC=1/1 v/v)溶液。
【專利摘要】本發(fā)明屬于電池材料學領域，具體涉及一種大比表面多孔金紅石TiO2介觀晶體的制備及其應用。本發(fā)明以十六烷基苯磺酸鈉、鈦酸異丙酯為原料，在70℃-85℃下反應12-24h首次合成出高純度(95%以上)的多孔四方狀的金紅石TiO2介觀晶體。這種金紅石TiO2介觀晶體的粒徑為100-130nm，具有多孔的形貌。將其應用于鈉離子電池負極材料，發(fā)現(xiàn)其具有良好的儲鈉性能，在鈉離子電池中應用中有非常好的應用前景。
【IPC分類】C01G23-047, H01M10-054, H01M4-48
【公開號】CN104876263
【申請?zhí)枴緾N201510192949
【發(fā)明人】洪振生, 張俊文
【申請人】福建師范大學
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年4月22日