專利名稱：一種連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料及鋰電池應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦的制備方法，該材料可作為鋰離子電池負極活性材料。
背景技術(shù)：
近年來，二氧化鈦作為鋰離子電池負極材料因具有材料來源豐富、合成成本低、環(huán)境友好及二氧化鈦作為鋰電池負極材料，在鋰離子嵌入和脫出二氧化鈦晶格的過程中，幾乎不會引起晶格的變化等優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注。研究表明，納米二氧化鈦(如納米晶、納米線、納米管)相對微米級二氧化鈦作為鋰離子電池負極材料具有比表面高、與電解液接觸充分和電子傳輸快等優(yōu)異的性能，而引起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究和開發(fā)興趣。從目前報道的二氧化鈦作為鋰離子負極材料性能結(jié)果來看，主要存在兩個問題。一個是制作成本高，工藝復(fù)雜。如為了改善電子收集效率采用的陽極氧化制作二氧化鈦納米管和為了提高材料的表面導(dǎo)電性而采用的二氧化鈦表面涂碳和氮摻雜二氧化鈦等；另一個問題是鋰電池的性能在速率性能和穩(wěn)定性方面，仍然難以達到工業(yè)上對鋰電池高性能的要求。隨著鋰離子電池工業(yè)的發(fā)展，開發(fā)和研制出具有高能量和高功率密度的活性材料成為當(dāng)前迫切需要解決的問題之一。因此，尋求一種高性能的不依靠導(dǎo)電物質(zhì)和摻雜等工藝，同時又能提高電極材料和集流器之間電子傳輸速度的獨特的二氧化鈦微觀結(jié)構(gòu)是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種工藝簡單，成本低的連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦的制備方法。具體步驟為(1)將15 20毫升無水叔丁醇加入到100毫升去離子水和3 5克草酸配置的澄清透明溶液中，磁力攪拌加熱到60 70°C后保溫2小時，自然冷卻至室溫得到透明的混合溶液；(2)取步驟(1)獲得的混合溶液60毫升轉(zhuǎn)移到100毫升的具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)；(3)將步驟⑵的反應(yīng)釜放入恒溫干燥箱中在150 200°C下保溫10 15小時，自然冷卻到室溫獲得白色沉淀物；(4)將步驟(3)所獲得的白色沉淀物用去離子水或無水乙醇反復(fù)清洗2 3次，然后在干燥箱內(nèi)在60 80°C下干燥10 12個小時即制得連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦。本發(fā)明制備的連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦用作鋰離子電池負極活性材料，鋰離子電池的裝配步驟與通常的裝配方法相同。負極片的制備方法如下，采用連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦作為活性材料，乙炔黑作為導(dǎo)電劑，聚四氟乙烯作為粘結(jié)劑，活性材料、乙炔黑、聚四氟乙烯的質(zhì)量比為75 10 15;將它們按比例充分混合后，加入少量異丙醇，研磨均勻，然后在沖片機上壓約0. 5mm厚的電極片；壓好的正極片置于60°C的烘箱干燥Mh后備用。以1摩爾/升的LiPF6溶解于乙烯碳酸醋(EC)和碳酸二甲醋(DMC)中作為電解液(EC與DEC體積比為1 1)。以聚四氟乙烯制成的多微孔膜為隔膜，鋁片為電池外殼，和負極片組裝成扣式鋰離子電池。本發(fā)明中采用的連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦作為負極活性物質(zhì)與金屬鋰片組成電池后，其首次放電比容量達到427mAh/g ；循環(huán)100次后材料的放電比容量仍高達170mAh/g。上述性能表明，連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦具有充放電比容量高、循環(huán)性能好等優(yōu)點，是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ匿囯姵刎摌O材料。本發(fā)明中連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦的結(jié)構(gòu)由X-射線衍射儀確定。所合成的納米復(fù)合材料的X-射線衍射圖譜具有銳鈦礦型TiA和少量金紅石型TW2的特征衍射峰。場發(fā)射掃描電鏡測試表明，水熱法制備的連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦全部連通。透射電鏡測試表明，所合成的連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦層殼由20-30納米晶組成。


圖1為本發(fā)明實施例1的連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦的X-射線衍射圖。圖2為本發(fā)明實施例1的連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦的場發(fā)射掃描圖。圖3為本發(fā)明實施例1的連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦的透射電鏡圖。圖4為本發(fā)明實施例1的連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦的首次沖放電曲線圖。圖5為本發(fā)明實施例1的連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦的循環(huán)性能曲線圖。
具體實施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。實施例1 (1)將18毫升無水叔丁醇加入到100毫升去離子水和5克草酸配置的澄清透明溶液中，磁力攪拌加熱到70°C后保溫2小時，自然冷卻至室溫得到透明的混合溶液；(2)取上述獲得的混合溶液60毫升轉(zhuǎn)移到100毫升的具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜內(nèi)；(3)將步驟O)的反應(yīng)釜放入恒溫干燥箱中在160°C下保溫10小時，自然冷卻到室溫獲得白色沉淀物；(4)將步驟(3)所獲得的白色沉淀物用去離子水或無水乙醇反復(fù)清洗2次，然后在干燥箱內(nèi)在60°C下干燥10個小時即制得連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦。連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦的XRD見圖1，連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦的FESEM見圖2，連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦的TEM見圖3，連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦的首次循環(huán)充放電曲線見圖4，連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦的循環(huán)性能曲線見圖5。實施例2 (1)將20毫升無水叔丁醇加入到100毫升去離子水和3克草酸配置的澄清透明溶液中，磁力攪拌加熱到60°C后保溫2小時，自然冷卻至室溫得到透明的混合溶液；(2)取上述獲得的混合溶液60毫升轉(zhuǎn)移到100毫升的具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜內(nèi)；(3)將步驟O)的反應(yīng)釜放入恒溫干燥箱中在200°C下保溫15小時，自然冷卻到室溫獲得白色沉淀物；(4)將步驟(3)所獲得的白色沉淀物用去離子水或無水乙醇反復(fù)清洗3次，然后在干燥箱內(nèi)在80°C下干燥12個小時即制得連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦。
權(quán)利要求
1. 一種二氧化鈦的制備方法，其特征在于具體步驟為(1)將15 20毫升無水叔丁醇加入到100毫升去離子水和3 5克草酸配置的澄清透明溶液中，磁力攪拌加熱到60 70°C后保溫2小時，自然冷卻至室溫得到透明的混合溶液；(2)取步驟(1)獲得的混合溶液60毫升轉(zhuǎn)移到100毫升的具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)；(3)將步驟O)的反應(yīng)釜放入恒溫干燥箱中在150 200°C下保溫10 15小時，自然冷卻到室溫獲得白色沉淀物；(4)將步驟(3)所獲得的白色沉淀物用去離子水或無水乙醇反復(fù)清洗2 3次，然后在干燥箱內(nèi)在60 80°C下干燥10 12個小時即制得二氧化鈦。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦的制備方法。將15～20毫升無水叔丁醇加入到100毫升去離子水和3～5克草酸配置的澄清透明溶液中，磁力攪拌加熱到60～70℃后保溫2小時，自然冷卻至室溫得到透明的混合溶液；將混合溶液60毫升轉(zhuǎn)移到100毫升的具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)；將反應(yīng)釜放入恒溫干燥箱中在150～200℃下保溫10～15小時，自然冷卻到室溫獲得白色沉淀物；將獲得的白色沉淀物用去離子水或無水乙醇反復(fù)清洗2～3次，然后在干燥箱內(nèi)在60～80℃下干燥10～12個小時。本發(fā)明制備的連續(xù)非球形分級微納空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦具有充放電比容量高、循環(huán)性能好等優(yōu)點。
文檔編號B82Y40/00GK102569762SQ20121002274
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月31日
發(fā)明者王林江, 王海, 盛俊 申請人:桂林理工大學(xué)