专利名称：多孔金红石TiO<sub>2</sub>介晶及其制备方法和应用的制作方法
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TW2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TiA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 °C -200 V反应 48-96h ；
(2)过滤、滤渣用稀硝酸洗涤、60°C干燥1 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. Og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TW2 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彡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. Og时得到八面体状TiA介晶， 当表面活性剂十六烷基苯磺酸钠用量X在0. 8 < X < 1. Og时得到八面体状TiA介晶和纳米棒状的TW2介晶的混合物。多孔金红石TiA介晶的应用将多孔金红石TiA介晶应用在锂电池中，按多孔金红石TW2介晶聚偏氟乙烯乙炔黑的质量比=70-75 5-10 15-20混合研磨后均勻地涂在0. 25 cm2的铜片上做正极，负极为金属锂，电解质是IM LiClO4的EC+DEC+EMC (EC/DEC/ EMC=l/l/lv/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IC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TiA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IC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。
图1 (a)纳米棒状金红石TW2介晶透射电镜图；(b)八面体金红石TW2介晶透射电镜图2金红石TiA介晶的充放电测试。
具体实施例方式本发明的多孔金红石TiA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TiA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 °C -200 V反应 48-96h ；
(2)过滤、滤渣用稀硝酸洗涤、60°C干燥1 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. Og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TW2 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彡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. Og时得到八面体状TiA介晶， 当表面活性剂十六烷基苯磺酸钠用量X在0. 8 < X < 1. Og时得到八面体状TiA介晶和纳米棒状的TiA介晶的混合物。多孔金红石TiA介晶的应用将多孔金红石TiA介晶应用在锂电池中，按多孔金红石TW2介晶聚偏氟乙烯乙炔黑的质量比=70-75 5-10 15-20混合研磨后均勻地涂在0. 25 cm2的铜片上做正极，负极为金属锂，电解质是IM LiClO4的EC+DEC+EMC (EC/DEC/ EMC=l/l/lv/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IC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。实施例1
多孔金红石T^2介晶的制备方法的具体步骤如下
(1)将0.5克二氧化钛粉末(粒径15nm)和40毫升lOmol/L氢氧化钾溶液混合，在160 °C反应48h ；
(2)过滤、滤渣用0.1 mol/L稀硝酸洗涤、60°C干燥1 得预处理产物；
(3)取0.1克干燥后的预处理产物和0. 5g表面活性剂十六烷基苯磺酸钠一同分散于 40mL lmol/L稀硝酸中磁力搅拌5天，再经离心干燥即得纳米棒状的多孔金红石TW2介晶。 实施例2
多孔金红石T^2介晶的制备方法的具体步骤如下
(1)将1.0克二氧化钛粉末(粒径20 nm)和45毫升15mol/L氢氧化钾溶液混合，在 180°C反应 72h ；
(2)过滤、滤渣用0.1 mol/L稀硝酸洗涤、60°C干燥1 得预处理产物；
(3)取0.3克干燥后的预处理产物和0. 9g表面活性剂十六烷基苯磺酸钠一同分散于 70 mL 2mol/L稀硝酸中磁力搅拌10天，再经离心干燥即得八面体状TiO2介晶和纳米棒状的TiO2介晶的混合物。
实施例3
多孔金红石T^2介晶的制备方法的具体步骤如下
(1)将1.5克二氧化钛粉末(粒径25nm)和50毫升20mol/L氢氧化钾溶液混合，在200 °C反应96h ；
(2)过滤、滤渣用0.1 mol/L稀硝酸洗涤、60°C干燥1 得预处理产物；
(3)取0.5克干燥后的预处理产物和2. Og表面活性剂十六烷基苯磺酸钠一同分散于 100 mL 3 mol/L稀硝酸中磁力搅拌15天，再经离心干燥即得八面体状的多孔金红石TiO2 介晶。 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种多孔金红石TiO2介晶，其特征在于所述的多孔金红石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。
2.一种如权利要求1所述的多孔金红石T^2介晶的制备方法，其特征在于所述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 °C -200 V反应 48-96h ；(2)过滤、滤渣用稀硝酸洗涤、60°C干燥1 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. Og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TW2 介晶。
3.根据权利要求2所述的多孔金红石TiO2介晶的制备方法，其特征在于步骤(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。
4.根据权利要求2所述的多孔金红石T^2介晶的制备方法，其特征在于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. Og时得到八面体状TW2介晶，当表面活性剂十六烷基苯磺酸钠用量X在0. 8 < X < 1. Og时得到八面体状TW2介晶和纳米棒状的TW2介晶的混合物。
5.一种如权利要求1所述的多孔金红石TiA介晶或如权利要求2所述的制备方法制备的多孔金红石TW2介晶，其特征在于所述的应用是将多孔金红石TW2介晶应用在锂电池中。
6.根据权利要求5所述的多孔金红石T^2介晶的应用，其特征在于所述多孔金红石TW2介晶应用在锂电池中，是按多孔金红石TW2介晶聚偏氟乙烯乙炔黑的质量比= 70-75 5-10 15-20混合研磨后均勻地涂在0. 25 cm2的铜片上做正极，负极为金属锂，电解质是 IM LiClO4 的 EC+DEC+EMC (EC/DEC/EMC= 1 /1 /1 ν/ν/ν)溶液。
全文摘要
本发明公开了多孔金红石TiO2介晶及其制备方法和应用，该多孔金红石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。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312mAhg-1，经过100次循环后，其比容量仍可达155mAhg-1。该方法操作简便、成本低、纯度高，可以大量合成。
文档编号C01G23/047GK102336435SQ20111026849
公开日2012年2月1日 申请日期2011年9月13日 优先权日2011年9月13日
发明者洪振生, 魏明灯 申请人:福州大学