[发明专利]一种连续非球形分级微纳空心结构二氧化钛的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料及锂电池应用技术领域，具体涉及一种连续非球形分级微纳空心结构二氧化钛的制备方法，该材料可作为锂离子电池负极活性材料。

背景技术

近年来，二氧化钛作为锂离子电池负极材料因具有材料来源丰富、合成成本低、环境友好及二氧化钛作为锂电池负极材料，在锂离子嵌入和脱出二氧化钛晶格的过程中，几乎不会引起晶格的变化等优点而受到广泛关注。

研究表明，纳米二氧化钛(如纳米晶、纳米线、纳米管)相对微米级二氧化钛作为锂离子电池负极材料具有比表面高、与电解液接触充分和电子传输快等优异的性能，而引起学术界和工业界的研究和开发兴趣。从目前报道的二氧化钛作为锂离子负极材料性能结果来看，主要存在两个问题。一个是制作成本高，工艺复杂。如为了改善电子收集效率采用的阳极氧化制作二氧化钛纳米管和为了提高材料的表面导电性而采用的二氧化钛表面涂碳和氮掺杂二氧化钛等；另一个问题是锂电池的性能在速率性能和稳定性方面，仍然难以达到工业上对锂电池高性能的要求。随着锂离子电池工业的发展，开发和研制出具有高能量和高功率密度的活性材料成为当前迫切需要解决的问题之一。因此，寻求一种高性能的不依靠导电物质和掺杂等工艺，同时又能提高电极材料和集流器之间电子传输速度的独特的二氧化钛微观结构是十分必要的。

发明内容

本发明的目的就是提供一种工艺简单，成本低的连续非球形分级微纳空心结构二氧化钛的制备方法。

具体步骤为：

(1)将15～20毫升无水叔丁醇加入到100毫升去离子水和3～5克草酸配置的澄清透明溶液中，磁力搅拌加热到60～70℃后保温2小时，自然冷却至室温得到透明的混合溶液；

(2)取步骤(1)获得的混合溶液60毫升转移到100毫升的具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜内；

(3)将步骤(2)的反应釜放入恒温干燥箱中在150～200℃下保温10～15小时，自然冷却到室温获得白色沉淀物；

(4)将步骤(3)所获得的白色沉淀物用去离子水或无水乙醇反复清洗2～3次，然后在干燥箱内在60～80℃下干燥10～12个小时即制得连续非球形分级微纳空心结构二氧化钛。

本发明制备的连续非球形分级微纳空心结构二氧化钛用作锂离子电池负极活性材料，锂离子电池的装配步骤与通常的装配方法相同。负极片的制备方法如下，采用连续非球形分级微纳空心结构二氧化钛作为活性材料，乙炔黑作为导电剂，聚四氟乙烯作为粘结剂，活性材料、乙炔黑、聚四氟乙烯的质量比为75∶10∶15；将它们按比例充分混合后，加入少量异丙醇，研磨均匀，然后在冲片机上压约0.5mm厚的电极片；压好的正极片置于60℃的烘箱干燥24h后备用。以1摩尔/升的LiPF₆溶解于乙烯碳酸醋(EC)和碳酸二甲醋(DMC)中作为电解液(EC与DEC体积比为1∶1)。以聚四氟乙烯制成的多微孔膜为隔膜，铝片为电池外壳，和负极片组装成扣式锂离子电池。

本发明中采用的连续非球形分级微纳空心结构二氧化钛作为负极活性物质与金属锂片组成电池后，其首次放电比容量达到427mAh/g；循环100次后材料的放电比容量仍高达170mAh/g。上述性能表明，连续非球形分级微纳空心结构二氧化钛具有充放电比容量高、循环性能好等优点，是一种具有发展潜力的锂电池负极材料。

本发明中连续非球形分级微纳空心结构二氧化钛的结构由X-射线衍射仪确定。所合成的纳米复合材料的X-射线衍射图谱具有锐钛矿型TiO₂和少量金红石型TiO₂的特征衍射峰。场发射扫描电镜测试表明，水热法制备的连续非球形分级微纳空心结构二氧化钛全部连通。透射电镜测试表明，所合成的连续非球形分级微纳空心结构二氧化钛层壳由20-30纳米晶组成。

附图说明

图1为本发明实施例1的连续非球形分级微纳空心结构二氧化钛的X-射线衍射图。

图2为本发明实施例1的连续非球形分级微纳空心结构二氧化钛的场发射扫描图。

图3为本发明实施例1的连续非球形分级微纳空心结构二氧化钛的透射电镜图。

图4为本发明实施例1的连续非球形分级微纳空心结构二氧化钛的首次冲放电曲线图。

图5为本发明实施例1的连续非球形分级微纳空心结构二氧化钛的循环性能曲线图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：