[发明专利]具有较高导电性的黑色TiO2的两步合成法

说明书

具有较高导电性的黑色TiO₂的两步合成法，属于锂离子电池负极材料领域。将钛酸四丁酯、模板剂聚醚(F‑127)和浓度为37％的HCl加入到乙醇中，并在室温条件下磁力搅拌2h得到Ti源溶胶；将所得到的Ti源溶胶均匀涂在硅板上；使用管式炉将涂有Ti源溶胶的硅板在N₂气氛下以5℃/min的升温速率加热至500℃烘干3h，使得材料充分干燥，冷却得白色TiO₂；使用电感耦合等离子体(ICP)将白色TiO₂氢化处理。得到的即为含有氧缺陷的黑色TiO₂(H‑TiO₂)。本发明合成简便的特点，同时经过等离子体氢化处理后使得材料的导电性有明显提升，提高了其作为锂离子电池负极材料的倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明涉及较高导电性的锂离子电池负极材料制备技术领域，尤其涉及一种具有较高导电性的黑色TiO₂的两步合成方法。

背景技术

随着科技的发展，各种便携式电子产品，例如摄像机、智能手机、平板电脑等对于设备电池的要求越来越高，需要在减小电池的体积的基础上，拥有更好的性能。与此同时，化石能源的过度使用，也使得人类遭遇着前所未有的环境危机，这种情况也迫使人类提高能源利用率，使用的能源形式由化石能源向清洁的电能转变。而锂离子电池具有容量较高、额定电压高、使用寿命长、绿色环保等优点，在人们的日常生活中得到了广泛的应用。然而，由于电极材料和安全性方面的因素限制，目前锂离子电池的使用还是以低容量、低功率的电池为主。近些年来，随着电动汽车行业的不断发展，锂离子电池的应用前景更加光明，预计在未来几年中，锂离子电池在汽车行业中会有更为广泛的应用，从而在市场中占据更大的份额。

电极材料是锂离子电池的关键组成部分。电极材料分为正极材料和负极材料，负极材料在锂离子电池中具有重要意义。锂离子电池负极材料应具有以下的特点：(1)具有较大的容量；(2)具有良好的充放电循环特性；(3)Li⁺嵌入反应的可逆性高，同时氧化还原电位变化较小；(4)Li⁺在电极表面和内部具有较高的扩散速率；(5)在充放电过程中负极材料的主体结构不发生变化，保证负极材料的稳定性；(6)制备容易，价格低廉，环境友好。

目前常见的锂离子电池负极材料有碳负极材料、硅负极材料和金属氧化物负极材料。由于Ti元素在地壳中含量很高，在所有元素中排在第十位。而TiO₂在自然界中含量又较为丰富，且具有嵌Li⁺电位高、稳定性好、充放电过程中体积效应小、环境友好等优点，因此是一种作为锂离子电池负极很有应用前景的材料。

由于目前报道的TiO₂作为锂离子电池负极材料来说其导电性不佳，提高TiO₂的导电性对于提高其作为锂离子电池负极材料的性能具有重要意义，因此探索一种具有较高导电性的TiO₂负极材料的合成方法，不仅能有效地降低成本，增加经济可行性，同时还具有广阔的应用市场前景，对于促进锂离子电池金属氧化物负极材料的研究具有重要意义，同时对以后的产业化也具有指导意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较高导电性的黑色TiO₂的两步合成方法。该法制备出的黑色TiO₂产率高、形貌统一、具有纳米结构；具有较高的导电性，能有效地提高其作为锂离子电池负极材料的倍率性能和循环性能；同时兼具较高的稳定耐用性；且其制备工艺操作简单，可控性强，利于工业化生产和将来的市场化应用。

本发明提出一种具有较高导电性的黑色TiO₂的两步合成法：

步骤(1)用溶胶凝胶法合成白色TiO₂；