[发明专利]一种动力锂离子电池二氧化钛纳米棒负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及动力锂离子电池领域，特别涉及一种动力锂离子电池二氧化钛纳米棒负极材料及其制备方法。

背景技术

随着作为便携式设备电源的广泛应用，锂离子电池被认为是电动汽车和储能设备电源中最有发展潜力的电源。目前，石墨作为锂离子电池的商业负极材料得到广泛的应用，但是也存在一些安全和循环寿命等方面的问题，制约其在电动汽车方面的应用。二氧化钛作为锂离子电池的负极材料，具有高安全性和良好的循环寿命，但其弱的导电性、低倍率容量等缺点同样影响了其应用。单晶结构的金红石型二氧化钛纳米棒可以提供直接的电子通道来提高电子的传输速率，可以提高锂离子电池的性能，具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种电容量高、倍率性能好的动力锂离子电池二氧化钛纳米棒负极材料。

本发明的另一目的在于提供一种上述动力锂离子电池二氧化钛纳米棒负极材料的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种动力锂离子电池二氧化钛纳米棒负极材料的制备方法，包括下述步骤：

(1)将1～2质量份的钛箔进行抛光处理和超声处理，然后冲洗、干燥，得到表面光亮的钛箔片；

(2)将所述钛箔片放入反应釜，加入10～20质量份的甲苯、1～4质量份的钛酸正丁酯、1～4质量份的浓盐酸(质量分数为37％)，然后在150～200℃下反应4～8小时，再冲洗、烘干，得到动力锂离子电池二氧化钛纳米棒负极材料。

步骤1中，所述超声处理是用丙酮超声20～30分钟、异丙醇超声20～30分钟、甲醇超声20～30分钟；所述冲洗是采用无水乙醇；所述干燥是在氮气流中干燥1～2小时。

步骤2中，所述冲洗是采用无水乙醇；所述烘干是在60～70℃下烘干12～24小时。

本发明的原理如下：以钛箔为基底，通过溶剂热反应，利用浓盐酸中存在的少量水分，在高温条件下，将溶于甲苯中的钛酸正丁酯与水反应形成单晶结构金红石型二氧化钛，同时钛箔在浓盐酸中溶出钛盐，补充反应消耗的钛酸正丁酯，形成细长的单晶结构的金红石型二氧化钛纳米棒。将单晶结构的金红石型二氧化钛纳米棒分别在0.01～2.5V和1～2.5V进行充放电测试，发现在0.01～2.5V电位区间内有更高的充放电容量、倍率和循环性能。

本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：

(1)本发明采用溶剂热法形成单晶结构金红石型二氧化钛纳米棒独特结构，有利于锂离子的迁移以及电子的传递。

(2)本发明在0.01～2.5V和1～2.5V进行充放电测试相比，在0.01～2.5V有更高的充放电容量、倍率性能和循环性能。

附图说明

图1为实施例1金红石型二氧化钛纳米棒的XRD图。

图2为实施例1金红石型二氧化钛纳米棒的SEM图(a)(10000倍)和(b)(60000倍)。

图3为实施例1金红石型二氧化钛纳米棒的TEM图(a)和FFT图(b)。

图4为实施例1金红石型二氧化钛纳米棒的EDS图。

图5为实施例1金红石型二氧化钛纳米棒在0.01～2.5V(a)和1～2.5V(b)前三圈充放电曲线图。

图6为实施例1金红石型二氧化钛纳米棒在0.01～2.5V和1～2.5V不同电流密度下的循环寿命图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

(1)将1质量份的钛箔进行抛光处理，用丙酮超声30分钟、异丙醇超声30分钟、甲醇超声30分钟，然后用无水乙醇冲洗，再在氮气流中干燥2小时，得到表面光亮的钛箔片。

(2)将上述钛箔片放入到容积为20毫升的反应釜中，同时加入10质量份的甲苯，1质量份的钛酸正丁酯，1质量份的浓盐酸(质量分数为37％)，在180℃下反应4小时；然后将合成的样品用无水乙醇冲洗干净，再在60℃下烘干24小时，得到用于锂离子电池的单晶结构的金红石型二氧化钛纳米棒负极材料。

实施例2

(1)将2质量份的钛箔进行抛光处理，用丙酮超声20分钟、异丙醇超声30分钟、甲醇超声30分钟，然后用无水乙醇冲洗，再在氮气流中干燥1小时，得到表面光亮的钛箔片。

(2)将上述钛箔片放入到容积为20毫升的反应釜中，同时加入10质量份的甲苯，1质量份的钛酸正丁酯，1质量份的浓盐酸(质量分数为37％)，在200℃下反应4小时；然后将合成的样品用无水乙醇冲洗干净，再在70℃下烘干12小时，得到用于锂离子电池的单晶结构的金红石型二氧化钛纳米棒负极材料。