[发明专利]多孔金红石TiO2介晶及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于电池材料学领域，更具体涉及一种多孔金红石TiO₂介晶及其制备方法和应用。 

背景技术

锂离子电池具有高电压、高容量、循环寿命长等显著优势，当前已广泛应用于移动电子设备、国防工业、电动汽车等领域。由于能源和环境保护的需要，电动汽车已成为当前新能源领域中最受关注的行业。因而，开发高性能的锂离子动力电池已成为近年来最热门的研究领域之一。当前，尖晶石锰酸锂、磷酸铁锂等动力电池正极材料已被广泛的研究并取得了较大的进展。然而，目前商业化的负极材料主要是石墨，石墨在充放电过程中表面可能引起金属锂的沉积，存在一定的安全隐患。因而开发具有快速充放电能力、循环性良好、比容量高的非碳负极材料具有十分重要的意义。钛基氧化物以其原料丰富、无毒无害、循环稳定性好和安全性好等优点，成为近年来人们较为广泛的关注的负极材料。 

目前还未有可控合成不同形貌多孔金红石TiO₂介晶及其在锂电池中的应用的相关专利报道。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔金红石TiO₂介晶及其制备方法和应用，这是首次将纳米多孔金红石TiO₂介晶作为锂离子阳极材料应用于锂离子电池中，而且多孔金红石TiO₂介晶的制备方法操作简便、成本低、纯度高，可以大量合成。 

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

本发明的多孔金红石TiO₂介晶是八面体状或纳米棒状中的一种或两种的混合物；八面体状介晶的粒径为100-300nm；纳米棒状介晶的长度为250-400nm, 直径为60-100nm。

多孔金红石TiO₂介晶的制备方法的具体步骤如下： 

（1）将0.5-1.5克二氧化钛粉末和40-50毫升氢氧化钾溶液混合，在160 ℃-200 ℃反应48-96h；

（2）过滤、滤渣用稀硝酸洗涤、60℃干燥12h得预处理产物；

（3）取0.1-0.5克干燥后的预处理产物和0.5-2.0g 表面活性剂十六烷基苯磺酸钠一同分散于40-100 mL稀硝酸中磁力搅拌5-15 天，再经离心干燥即得所述的多孔金红石TiO₂介晶。

步骤（1）中所述的氢氧化钾溶液的浓度为10-20mol/L，二氧化钛粉末的粒径是15-25 nm；步骤（2）中所述的稀硝酸的浓度为0.1 mol/L；步骤（3）中所述的稀硝酸的浓度为1-3 mol/L。 

当表面活性剂十六烷基苯磺酸钠用量X在0.5≤X<0.8g时得到纳米棒状的TiO₂介晶，当表面活性剂十六烷基苯磺酸钠用量X在1.0<X≤2.0g时得到八面体状TiO₂介晶, 当表面活性剂十六烷基苯磺酸钠用量X在0.8≤X≤1.0g时得到八面体状TiO₂介晶和纳米棒状的TiO₂介晶的混合物。 

多孔金红石TiO₂介晶的应用：将多孔金红石TiO₂介晶应用在锂电池中，按多孔金红石TiO₂介晶：聚偏氟乙烯：乙炔黑的质量比＝70-75：5-10：15-20混合研磨后均匀地涂在0.25 cm²的铜片上做正极，负极为金属锂，电解质是1M LiClO₄的EC+DEC+EMC (EC/DEC/EMC=1/1/1v/v/v) 溶液。用此纳米多孔金红石TiO₂介晶作为锂电池阳极材料，结果表明其具有较高的比容量、良好的循环稳定性。电流密度为1C的情况下，首次放电比容量高达312 mAhg^-1，经过100次循环后，其比容量仍可达155 mAhg^-1。 

本发明的显著优点在于： 

（1）本发明首次提供了可控合成出不同形貌多孔金红石TiO₂介晶的制备方法，其操作简便、成本低、纯度高、性能优异，可以大量合成。

（2）本发明首次将纳米多孔金红石TiO₂介晶作为锂离子阳极材料应用于锂离子电池中，表现出较高的比容量和良好的循环稳定性。电流密度为1C的情况下，首次放电比容量高达312 mAhg^-1，经过100次循环后，其比容量仍可达155 mAhg^-1。 

  

附图说明