一種鈮酸鈦-銀復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池電極材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種鈮酸鈦-銀復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈮酸鈦(TiNb2O7)具有與鈦酸鋰類似的充放電電壓平臺(1.65V vs.Li+/Li)，能夠有效避免固體電解質(zhì)氧化膜(SEI)的形成，具有優(yōu)良的安全性;該材料在充放電過程中體積變化小，具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性;該材料的理論比容量為387mAh/g，是鈦酸鋰材料的兩倍。因此，TiNb2O7被認為是很具發(fā)展前景的高性能電池負極材料，受到研究者的廣泛關(guān)注。然而，由于TiNb2O7材料本征電子和離子導(dǎo)電能力較低，使其在大電流密度下充放電時容量衰減較快、倍率性能較差，制約了其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。
[0003]目前，TiNb2O7材料的合成方法主要有高溫固相法、溶劑熱法及靜電紡絲法。固相法具有工藝簡單、操作方便等特點，但是其一般需要高溫長時間煅燒，制備產(chǎn)品顆粒尺寸較大，電化學性能不理想。溶劑熱和靜電紡絲法雖然能夠合成出顆粒尺寸較小甚至納米級的TiNb2O7材料，表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學性能，但是這兩種方法制備過程復(fù)雜、原料價格昂貴，生產(chǎn)成本高。因此，急需開發(fā)一種工藝簡單、成本低和電化學性能優(yōu)異的TiNb2O7材料的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種鈮酸鈦-銀復(fù)合材料的制備方法，通過改善TiNb2O7的導(dǎo)電性，進而提高其電化學性能，通過在TiNb2O7表面包覆一層Ag單質(zhì)，大幅提高了其倍率性能和循環(huán)性能，滿足了現(xiàn)代社會對高性能鋰離子電池負極材料的需求。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種鈮酸鈦-銀復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0006](a)按化學計量比稱取二氧化鈦和氧化鈮，加入乙醇球磨，烘干，在710_1450°C下煅燒1-70小時，得到純相TiNb2O7材料；
[0007](b)將穩(wěn)定劑溶于還原性有機溶劑中，然后將步驟(a)所得的TiNb2O7與硝酸銀加入其中，超聲0.1-24小時；
[0008](c)將上述得到的咖啡色懸濁液轉(zhuǎn)移到內(nèi)襯聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，反應(yīng)0.2-32小時，冷卻后離心分離，真空干燥即得TiNb207/Ag復(fù)合材料。
[0009]優(yōu)選的，步驟(b)中所述穩(wěn)定劑的濃度為0.3-27mol/L，所述TiNb2O7的濃度為0.3-43mol/L。
[0010]優(yōu)選的，步驟(b)中所述TiNb2O7與硝酸銀的質(zhì)量比為100: 0.34-100: 89。
[0011]優(yōu)選的，步驟(b)中所述穩(wěn)定劑可以為聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基硫酸鈉中的一種或幾種。
[0012]優(yōu)選的，步驟(b)中所述還原性有機溶劑可以為乙二醇、N，N-二甲基甲酰胺中的一種或兩種。
[0013]優(yōu)選的，步驟(c)中所述反應(yīng)釜中的反應(yīng)溫度為72_320°C。
[0014]優(yōu)選的，步驟(c)中所述的真空干燥度為65_130°C。
[0015]本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:
[0016]I)本發(fā)明采用固相法與溶劑熱法相結(jié)合，固相法工藝簡單、操作方便，可以規(guī)模化生產(chǎn)，溶劑熱條件包覆Ag，提高了 Ag包覆的均勻性。
[0017]2)本發(fā)明通過包覆微量的Ag，提高了材料的導(dǎo)電性，降低了電阻和材料極化，大幅提高了 TiNb2O7的倍率性能和循環(huán)性能。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實施例1制備的TiNb2O7Ag復(fù)合材料的XRD圖。
[0019]圖2為本發(fā)明實施例1制備的TiNb2O7Ag復(fù)合材料的掃描電鏡照片。
[0020]圖3為本發(fā)明實施例1制備的TiNb2O7Ag復(fù)合材料的透射電鏡照片。
[0021]圖4為本發(fā)明實施例1制備的TiNb207/Ag復(fù)合材料的在1C倍率下電化學性能曲線圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細說明。
[0023]實施例一
[0024](a)按化學計量比稱取二氧化鈦和氧化鈮，加入適量乙醇球磨，烘干，在750-1380°C下煅燒3-43小時，得到純相TiNb2O7材料；
[0025](b)將一定量的聚乙烯吡咯烷酮溶于乙二醇中，然后將步驟(a)所得的TiNb2O7與一定量的硝酸銀加入到上述溶液中，超聲0.3-16小時，其中聚乙烯吡咯烷酮的濃度為0.46-22mol/L，TiNb207 的濃度為 0.6-37mol/L，TiNb207 與硝酸銀的質(zhì)量比為 100:0.79-100:65;
[0026](c)將上述得到的咖啡色懸濁液轉(zhuǎn)移到內(nèi)襯聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，在89_245°C下反應(yīng)0.5-28小時，冷卻后離心分離，真空干燥即得11他207/^復(fù)合材料。
[0027]如圖卜3所示，分別為本實施例制得的TiNb207/Ag復(fù)合材料XRD圖、掃描電鏡照片、透射電鏡照片，圖4證實了 TiNb2O7Ag復(fù)合材料具有良好的倍率性能和循環(huán)性能。
[0028]實施例二
[0029](a)按化學計量比稱取二氧化鈦和氧化鈮，加入適量乙醇球磨，烘干，在790-1290°C下煅燒4-31小時，得到純相TiNb2O7材料；
[0030](b)將一定量的十六烷基三甲基溴化銨溶于乙二醇中，然后將步驟(a)所得的TiNb2O7與一定量的硝酸銀加入到上述溶液中，超聲0.4-14小時，其中十六烷基三甲基溴化銨的濃度為0.92-2311101/1，11恥207的濃度為0.8-3511101/1，11恥207與硝酸銀的質(zhì)量比為100:1.1-100:65；
[0031 ] (c)將上述得到的咖啡色懸濁液轉(zhuǎn)移到內(nèi)襯聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，在94_230°C下反應(yīng)0.7-20小時，冷卻后離心分離，真空干燥即得11他207/^復(fù)合材料。
[0032]實施例三
[0033](a)按化學計量比稱取二氧化鈦和氧化鈮，加入適量乙醇球磨，烘干，在840-1350°C下煅燒6-36小時，得到純相TiNb2O7材料；
[0034](b)將一定量的十二烷基硫酸鈉溶于N，N_二甲基甲酰胺中，然后將步驟(a)所得的TiNb2O7與一定量的硝酸銀加入到上述溶液中，超聲0.9-13小時，其中十二烷基硫酸鈉的濃度為0.74-26mol/L，TiNb2O7 的濃度為 0.8_29mol/L，TiNb2O7 與硝酸銀的質(zhì)量比為 100:0.85-100:57;
[0035](c)將上述得到的咖啡色懸濁液轉(zhuǎn)移到內(nèi)襯聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，在97_235°C下反應(yīng)3-21小時，冷卻后離心分離，真空干燥即得TiNb2O7Ag復(fù)合材料。
[0036]以上對本發(fā)明的一個實施例進行了詳細說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種鈮酸鈦-銀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (a)按化學計量比稱取二氧化鈦和氧化鈮，加入乙醇球磨，烘干，在710-1450°C下煅燒1-70小時，得到純相TiNb2O7材料; (b)將穩(wěn)定劑溶于還原性有機溶劑中，然后將步驟(a)所得的TiNb2O7與硝酸銀加入其中，超聲0.1-24小時； (c)將上述得到的咖啡色懸濁液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，反應(yīng)0.2-32小時，冷卻后離心分離，真空干燥即得TiNb2O7Ag復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈮酸鈦-銀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟(b)中所述穩(wěn)定劑的濃度為0.3-27mol/L，所述TiNb2O7的濃度為0.3-43mol/L。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈮酸鈦-銀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟(b)中所述TiNb2O7與硝酸銀的質(zhì)量比為100: 0.34-100: 89。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈮酸鈦-銀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟(b)中所述穩(wěn)定劑可以為聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基硫酸鈉中的一種或幾種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈮酸鈦-銀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟(b)中所述還原性有機溶劑可以為乙二醇、N，N-二甲基甲酰胺中的一種或兩種。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈮酸鈦-銀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟(c)中所述反應(yīng)釜中的反應(yīng)溫度為72-320°C。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈮酸鈦-銀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟(c)中所述的真空干燥度為65-130°C。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鈮酸鈦-銀復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：(a)按化學計量比稱取二氧化鈦和氧化鈮，加入乙醇球磨，烘干，在710-1450℃下煅燒1-70小時，得到純相TiNb2O7材料；(b)將穩(wěn)定劑溶于還原性有機溶劑中，然后將步驟(a)所得的TiNb2O7與硝酸銀加入其中，超聲0.1-24小時；(c)將上述得到的咖啡色懸濁液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，反應(yīng)0.2-32小時，冷卻后離心分離，真空干燥即得TiNb2O7/Ag復(fù)合材料。本發(fā)明的有益效果是：通過在TiNb2O7表面包覆一層Ag單質(zhì)，大幅提高了其倍率性能和循環(huán)性能，滿足了現(xiàn)代社會對高性能鋰離子電池負極材料的需求。
【IPC分類】H01M4/62, H01M10/0525, H01M4/58, H01M4/36
【公開號】CN105470478
【申請?zhí)枴緾N201510810990
【發(fā)明人】劉光印, 郭佳莉, 張瑞雪, 孫瑞雪, 馮玉全, 鮑克燕, 季曉廣, 陳希涵, 柳文敏
【申請人】南陽師范學院
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年11月12日