一种铌酸钛-银复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于锂离子电池电极材料的制备技术领域，尤其是涉及一种铌酸钛-银复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]铌酸钛(TiNb2O7)具有与钛酸锂类似的充放电电压平台(1.65V vs.Li+/Li)，能够有效避免固体电解质氧化膜(SEI)的形成，具有优良的安全性;该材料在充放电过程中体积变化小，具有优异的循环稳定性;该材料的理论比容量为387mAh/g，是钛酸锂材料的两倍。因此，TiNb2O7被认为是很具发展前景的高性能电池负极材料，受到研究者的广泛关注。然而，由于TiNb2O7材料本征电子和离子导电能力较低，使其在大电流密度下充放电时容量衰减较快、倍率性能较差，制约了其大规模商业化应用。
[0003]目前，TiNb2O7材料的合成方法主要有高温固相法、溶剂热法及静电纺丝法。固相法具有工艺简单、操作方便等特点，但是其一般需要高温长时间煅烧，制备产品颗粒尺寸较大，电化学性能不理想。溶剂热和静电纺丝法虽然能够合成出颗粒尺寸较小甚至纳米级的TiNb2O7材料，表现出优良的电化学性能，但是这两种方法制备过程复杂、原料价格昂贵，生产成本高。因此，急需开发一种工艺简单、成本低和电化学性能优异的TiNb2O7材料的制备方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种铌酸钛-银复合材料的制备方法，通过改善TiNb2O7的导电性，进而提高其电化学性能，通过在TiNb2O7表面包覆一层Ag单质，大幅提高了其倍率性能和循环性能，满足了现代社会对高性能锂离子电池负极材料的需求。
[0005]本发明的技术方案是:一种铌酸钛-银复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0006](a)按化学计量比称取二氧化钛和氧化铌，加入乙醇球磨，烘干，在710_1450°C下煅烧1-70小时，得到纯相TiNb2O7材料；
[0007](b)将稳定剂溶于还原性有机溶剂中，然后将步骤(a)所得的TiNb2O7与硝酸银加入其中，超声0.1-24小时；
[0008](c)将上述得到的咖啡色悬浊液转移到内衬聚四氟乙烯的反应釜中，反应0.2-32小时，冷却后离心分离，真空干燥即得TiNb207/Ag复合材料。
[0009]优选的，步骤(b)中所述稳定剂的浓度为0.3-27mol/L，所述TiNb2O7的浓度为0.3-43mol/L。
[0010]优选的，步骤(b)中所述TiNb2O7与硝酸银的质量比为100: 0.34-100: 89。
[0011]优选的，步骤(b)中所述稳定剂可以为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠中的一种或几种。
[0012]优选的，步骤(b)中所述还原性有机溶剂可以为乙二醇、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或两种。
[0013]优选的，步骤(c)中所述反应釜中的反应温度为72_320°C。
[0014]优选的，步骤(c)中所述的真空干燥度为65_130°C。
[0015]本发明具有的优点和积极效果是:
[0016]I)本发明采用固相法与溶剂热法相结合，固相法工艺简单、操作方便，可以规模化生产，溶剂热条件包覆Ag，提高了 Ag包覆的均匀性。
[0017]2)本发明通过包覆微量的Ag，提高了材料的导电性，降低了电阻和材料极化，大幅提高了 TiNb2O7的倍率性能和循环性能。
【附图说明】
[0018]图1为本发明实施例1制备的TiNb2O7Ag复合材料的XRD图。
[0019]图2为本发明实施例1制备的TiNb2O7Ag复合材料的扫描电镜照片。
[0020]图3为本发明实施例1制备的TiNb2O7Ag复合材料的透射电镜照片。
[0021]图4为本发明实施例1制备的TiNb207/Ag复合材料的在1C倍率下电化学性能曲线图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明做详细说明。
[0023]实施例一
[0024](a)按化学计量比称取二氧化钛和氧化铌，加入适量乙醇球磨，烘干，在750-1380°C下煅烧3-43小时，得到纯相TiNb2O7材料；
[0025](b)将一定量的聚乙烯吡咯烷酮溶于乙二醇中，然后将步骤(a)所得的TiNb2O7与一定量的硝酸银加入到上述溶液中，超声0.3-16小时，其中聚乙烯吡咯烷酮的浓度为0.46-22mol/L，TiNb207 的浓度为 0.6-37mol/L，TiNb207 与硝酸银的质量比为 100:0.79-100:65;
[0026](c)将上述得到的咖啡色悬浊液转移到内衬聚四氟乙烯的反应釜中，在89_245°C下反应0.5-28小时，冷却后离心分离，真空干燥即得11他207/^复合材料。
[0027]如图卜3所示，分别为本实施例制得的TiNb207/Ag复合材料XRD图、扫描电镜照片、透射电镜照片，图4证实了 TiNb2O7Ag复合材料具有良好的倍率性能和循环性能。
[0028]实施例二
[0029](a)按化学计量比称取二氧化钛和氧化铌，加入适量乙醇球磨，烘干，在790-1290°C下煅烧4-31小时，得到纯相TiNb2O7材料；
[0030](b)将一定量的十六烷基三甲基溴化铵溶于乙二醇中，然后将步骤(a)所得的TiNb2O7与一定量的硝酸银加入到上述溶液中，超声0.4-14小时，其中十六烷基三甲基溴化铵的浓度为0.92-2311101/1，11恥207的浓度为0.8-3511101/1，11恥207与硝酸银的质量比为100:1.1-100:65；
[0031 ] (c)将上述得到的咖啡色悬浊液转移到内衬聚四氟乙烯的反应釜中，在94_230°C下反应0.7-20小时，冷却后离心分离，真空干燥即得11他207/^复合材料。
[0032]实施例三
[0033](a)按化学计量比称取二氧化钛和氧化铌，加入适量乙醇球磨，烘干，在840-1350°C下煅烧6-36小时，得到纯相TiNb2O7材料；
[0034](b)将一定量的十二烷基硫酸钠溶于N，N_二甲基甲酰胺中，然后将步骤(a)所得的TiNb2O7与一定量的硝酸银加入到上述溶液中，超声0.9-13小时，其中十二烷基硫酸钠的浓度为0.74-26mol/L，TiNb2O7 的浓度为 0.8_29mol/L，TiNb2O7 与硝酸银的质量比为 100:0.85-100:57;
[0035](c)将上述得到的咖啡色悬浊液转移到内衬聚四氟乙烯的反应釜中，在97_235°C下反应3-21小时，冷却后离心分离，真空干燥即得TiNb2O7Ag复合材料。
[0036]以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
【主权项】
1.一种铌酸钛-银复合材料的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: (a)按化学计量比称取二氧化钛和氧化铌，加入乙醇球磨，烘干，在710-1450°C下煅烧1-70小时，得到纯相TiNb2O7材料; (b)将稳定剂溶于还原性有机溶剂中，然后将步骤(a)所得的TiNb2O7与硝酸银加入其中，超声0.1-24小时； (c)将上述得到的咖啡色悬浊液转移到反应釜中，反应0.2-32小时，冷却后离心分离，真空干燥即得TiNb2O7Ag复合材料。2.根据权利要求1所述的一种铌酸钛-银复合材料的制备方法，其特征在于:步骤(b)中所述稳定剂的浓度为0.3-27mol/L，所述TiNb2O7的浓度为0.3-43mol/L。3.根据权利要求1所述的一种铌酸钛-银复合材料的制备方法，其特征在于:步骤(b)中所述TiNb2O7与硝酸银的质量比为100: 0.34-100: 89。4.根据权利要求1所述的一种铌酸钛-银复合材料的制备方法，其特征在于:步骤(b)中所述稳定剂可以为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的一种铌酸钛-银复合材料的制备方法，其特征在于:步骤(b)中所述还原性有机溶剂可以为乙二醇、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或两种。6.根据权利要求1所述的一种铌酸钛-银复合材料的制备方法，其特征在于:步骤(c)中所述反应釜中的反应温度为72-320°C。7.根据权利要求1所述的一种铌酸钛-银复合材料的制备方法，其特征在于:步骤(c)中所述的真空干燥度为65-130°C。
【专利摘要】本发明提供一种铌酸钛-银复合材料的制备方法，包括以下步骤：(a)按化学计量比称取二氧化钛和氧化铌，加入乙醇球磨，烘干，在710-1450℃下煅烧1-70小时，得到纯相TiNb2O7材料；(b)将稳定剂溶于还原性有机溶剂中，然后将步骤(a)所得的TiNb2O7与硝酸银加入其中，超声0.1-24小时；(c)将上述得到的咖啡色悬浊液转移到反应釜中，反应0.2-32小时，冷却后离心分离，真空干燥即得TiNb2O7/Ag复合材料。本发明的有益效果是：通过在TiNb2O7表面包覆一层Ag单质，大幅提高了其倍率性能和循环性能，满足了现代社会对高性能锂离子电池负极材料的需求。
【IPC分类】H01M4/62, H01M10/0525, H01M4/58, H01M4/36
【公开号】CN105470478
【申请号】CN201510810990
【发明人】刘光印, 郭佳莉, 张瑞雪, 孙瑞雪, 冯玉全, 鲍克燕, 季晓广, 陈希涵, 柳文敏
【申请人】南阳师范学院
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年11月12日