一种高性能铌酸钛-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负极材料技术领域，尤其是涉及一种高性能铌酸钛-银复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池因其具有高的能量密度、环境友好、无记忆性等优点，广泛应用于小型电子产品中。近年来随着能源危机和人们环保意识的增强，电动汽车越来越受到人们的青睐和重视，电动汽车产业发展的一种重要内容是开发高性能的动力电池。目前商业化的碳负极材料由于其低的嵌锂电位，易引起锂枝晶的形成，存在安全隐患。此外，锂离子在碳材料中的扩散速度较低。因此，急需开发高性能和高安全性的新型负极材料。
[0003]Ti2Nb1Q029具有高的充放电电压平台(1.65V)，可以抑制有机电解液的分解，不易形成固体电解质氧化膜(SE I)和锂枝晶，具有高的安全性。该材料的理论比容量为396mAh/g，大于商业化的碳负极材料。因此，Ti2Nb1QO29被认为是一种理想的高性能动力电池负极材料，受到研究者的关注。
[0004]当前Ti2Nb1QO29的合成方法为高温固相法，一般是以二氧化钛和氧化铌为原料，经过球磨以后高温煅烧。由于其合成温度较高(> 1000°C)，合成样品的颗粒尺寸一般较大，而且Ti2Nb1QO29材料自身的电导率较低，这两方面因素使其电化学性能不理性，尚不能满足人们对该材料高性能的需求。因此，有必要开发一种具有高性能的Ti2Nb1QO29材料的制备方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种高性能铌酸钛-银复合材料的制备方法，旨在改善材料的导电性，进而提高材料的电化学性能。
[0006]本发明的技术方案是:一种高性能铌酸钛-银复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0007](a)按化学计量比称取二氧化钛和五氧化二铌加入到玛瑙球磨罐中，以无水乙醇介质球磨1-24小时后烘干，在720-1300°C下煅烧2-60小时，冷却后即得Ti2Nb1QO29;
[0008](b)将聚乙烯吡咯烷酮溶于还原性有机溶剂中，加入步骤(a)制得的Ti2Nb1Q029，超声0.1-6小时，然后加入硝酸银，继续超声0.1-15小时；
[0009](c)将步骤(b)超声后所得悬浊液转移到内衬聚四氟乙烯的反应釜中，反应0.1-48小时，离心分离，真空干燥即得Ti2Nb1Q029/Ag复合材料。
[0010]优选的，步骤(b)中所述的还原性有机溶剂为N，N_二甲基甲酰胺、乙二醇中的一种或多种。
[0011]优选的，步骤(b)中所述的聚乙烯吡咯烷酮的浓度为0.3 - 2 7 m ο I / L，所述的Ti2Nb10O29 的浓度为 0.15-75mol/L0
[0012]优选的，步骤(b)中所述的TiNb2O7与硝酸银的质量比为100:0.01-100:60。
[0013]优选的，步骤(c)所述的反应釜中反应温度为70_260°C。
[0014]优选的，步骤(c)所述的真空干燥温度为60_110°C。
[0015]本发明具有的优点和积极效果是:
[0016]I) Ag不进入Ti2Nb1QO29材料的晶格，不影响Ti2Nb1QO29自身的稳定性。
[0017]2 )Ag单质均匀分散在Ti2Nb1QO29材料表面，改善了其导电性，大幅提高了Ti2Nb10O29的电化学性能，特别是倍率性能，在5C倍率下经过200次循环后的比容量保持在230mAh/g。
[0018]3)本发明制备条件温和、工艺简单，易于工业化生产。
【附图说明】
[0019]图1为本发明实施例1制备的Ti2Nb1Q029/Ag复合材料的XRD图。
[0020]图2为本发明实施例1制备的Ti2Nb1Q029/Ag复合材料的扫描电镜照片。
[0021 ]图3为本发明实施例1制备的Ti2Nb1Q029/Ag复合材料的透描电镜照片。
[0022]图4为本发明实施例1制备的Ti2Nb1()029/Ag复合材料在5C倍率下的电化学性能曲线图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明做详细说明。
[0024]实施例一
[0025](a)按化学计量比称取二氧化钛和五氧化二铌加入到玛瑙球磨罐中，以无水乙醇介质球磨2-21小时后烘干，在750-1310°C下煅烧3-56小时，冷却后即得Ti2Nb1QO29;
[0026](b)将0.4g聚乙烯吡咯烷酮溶于N，N_二甲基甲酰胺中，加入步骤(a)制得的Ti2Nb1Q029，超声0.1-5小时，然后按一定比例加入硝酸银，继续超声0.15-13小时，其中聚乙烯吡咯烷酮的浓度为0.3-21mol/L，Ti2Nb1QO29的浓度为0.17-57mol/L，TiNb2O7与硝酸银的质量比为 100:0.023-100:46;
[0027](c)将上述超声后所得悬浊液转移到内衬聚四氟乙烯的反应釜中，在75_240°C下反应0.2-36小时，离心分离，72-110°C真空干燥即得Ti2Nb1Q029/Ag复合材料。
[0028]如图1-3所示，分别为本实施例制得的Ti2Nb1Q029/Ag复合材料的XRD图、扫描电镜照片和透描电镜照片。
[0029]如图4所示，表明本实施例制得的Ti2Nb1Q029/Ag复合材料具有良好的电化学性能，尤其是倍率性能。
[0030]实施例二
[0031](a)按化学计量比称取二氧化钛和五氧化二铌加入到玛瑙球磨罐中，以无水乙醇介质球磨5-26小时后烘干，在780-1350°C下煅烧4-51小时，冷却后即得Ti2Nb1QO29;
[0032](b)将8g聚乙烯吡咯烷酮溶于乙二醇中，加入步骤(a)制得的Ti2Nb10O29,超声0.15-4小时，然后按一定比例加入硝酸银，继续超声0.32-10小时，其中聚乙烯吡咯烷酮的浓度为0.9-24mol/L，Ti2Nbi()029 的浓度为 0.46-49mol/L，TiNb207 与硝酸银的质量比为 100: 0.059-100:42;
[0033](c)将上述超声后所得悬浊液转移到内衬聚四氟乙烯的反应釜中，在82_230°C下反应0.4-30小时，离心分离，78-115°C真空干燥即得Ti2Nb1Q029/Ag复合材料。
[0034]实施例三
[0035](a)按化学计量比称取二氧化钛和五氧化二铌加入到玛瑙球磨罐中，以无水乙醇介质球磨5-26小时后烘干，在810-1290°C下煅烧6-46小时，冷却后即得Ti2Nb1QO29;
[0036](b)将18g聚乙烯吡咯烷酮溶于N，N-二甲基甲酰胺中，加入步骤(a)制得的Ti2Nb1Q029，超声0.31-4小时，然后按一定比例加入硝酸银，继续超声0.41-12小时，其中聚乙烯吡咯烷酮的浓度为0.6-19mol/L，Ti2Nb1QO29的浓度为0.36-50mol/L，TiNb2O7与硝酸银的质量比为 100:0.79-100:52;
[0037](c)将上述超声后所得悬浊液转移到内衬聚四氟乙烯的反应釜中，在87_225°C下反应2-28小时，离心分离，80-108°C真空干燥即得Ti2Nb1Q029/Ag复合材料。
[0038]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】
1.一种高性能铌酸钛-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五氧化二铌加入到球磨罐中，以无水乙醇介质球磨1-24小时后烘干，在720-1300°C下煅烧2-60小时，冷却后即得Ti2Nb1QO29; (b)将聚乙烯吡咯烷酮溶于还原性有机溶剂中，加入步骤(a)制得的Ti2Nb1Q029，超声0.1-6小时，然后加入硝酸银，继续超声0.1-15小时； (c)将步骤(b)超声后所得悬浊液转移到反应釜中，反应0.1-48小时，离心分离，真空干燥即得Ti2Nb1Q029/Ag复合材料。2.根据权利要求1所述的一种高性能铌酸钛-银复合材料的制备方法，其特征在于:步骤(b)中所述的还原性有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、乙二醇中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种高性能铌酸钛-银复合材料的制备方法，其特征在于:步骤(b)中所述的聚乙烯吡咯烷酮的浓度为0.3-27mol/L，所述的Ti2Nb1QO29的浓度为0.15-75mol/L。4.根据权利要求1所述的一种高性能铌酸钛-银复合材料的制备方法，其特征在于:步骤(b)中所述的TiNb2O7与硝酸银的质量比为100:0.01-100:60。5.根据权利要求1所述的一种高性能铌酸钛-银复合材料的制备方法，其特征在于:步骤(c)所述的反应釜中反应温度为70-260°C。6.根据权利要求1所述的一种高性能铌酸钛-银复合材料的制备方法，其特征在于:步骤(c)所述的真空干燥温度为60-110°C。
【专利摘要】本发明提供一种高性能铌酸钛-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五氧化二铌加入到球磨罐中，以无水乙醇介质球磨1-24小时后烘干，在720-1300℃下煅烧2-60小时，冷却后即得Ti2Nb10O29；(b)将聚乙烯吡咯烷酮溶于还原性有机溶剂中，加入步骤(a)制得的Ti2Nb10O29，超声0.1-6小时，然后加入硝酸银，继续超声0.1-15小时；(c)将步骤(b)超声后所得悬浊液转移到反应釜中，反应0.1-48小时，离心分离，真空干燥即得Ti2Nb10O29/Ag复合材料。本发明的有益效果是在不影响Ti2Nb10O29自身结构稳定性的同时，大幅提高了其电化学性能。
【IPC分类】H01M4/58, H01M10/0525, H01M4/62
【公开号】CN105489889
【申请号】CN201510810988
【发明人】刘光印, 郭佳莉, 鲍克燕, 冯玉全, 孙瑞雪, 张瑞雪, 季晓广, 柳文敏, 刘炳佳
【申请人】南阳师范学院
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月12日