-b超细纳米线及其制备方法与应用
【专利摘要】本发明公开了一种TiO2?B超细纳米线及其制备方法与应用，其以金红石相TiO2纳米粒子为钛源，在高压反应釜中与KOH溶液反应后，所得物质经稀盐酸、去离子水洗涤后，再经干燥、煅烧，制得直径4~6nm的TiO2?B超细纳米线，其有利于锂离子的快速嵌入和脱出，并可增大嵌锂容量，将其制备成锂离子电池负极材料，具有较好的应用前景。
【专利说明】
一种T i O2-B超细纳米线及其制备方法与应用
技术领域
[0001]本发明属于锂离子电池电极材料技术领域，具体涉及一种T12-B超细纳米线及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]锂离子电池因其高电压、高容量、循环寿命长等显著优势而被广泛应用于移动电子设备、国防工业、电动汽车等领域。电极材料是锂离子电池的核心部分，也是决定锂离子电池性能的关键因素。目前，石墨是广泛应用于商业化锂离子电池的负极材料。但石墨嵌锂电位与金属锂接近，在充放电过程中表面容易生成锂枝晶而引起电池短路，存在一定的安全隐患。钛氧化物锂电池负极材料因其较高的工作电压而具有优异的安全性能，同时还具有良好的循环性能，因而是一类非常有前景的锂离子电池负极材料。
[0003]众所周知，钛氧化物(T12)具有较多的晶相，目前，被研究报道具有储锂性能的主要有锐钛矿相Ti02、金红石相T12和T12-B三种晶相。其中，T12-B是近年来才被发现报道的。与锐钛矿型和金红石型T12相比，T12-B在结构上具有更开放的空间，因而表现出较高的储锂容量，是钛氧化物各种晶相中最具有应用前景的一种锂电池负极材料。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种T12-B超细纳米线及其制备方法与应用，所得T12-B超细纳米线直径为4?6nm，有利于锂离子的快速嵌入和脱出，并可增大嵌锂容量，将其制备成锂离子电池负极材料，具有较好的应用前景
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种T12-B超细纳米线的制备方法，其包括以下步骤:
1)将0.5-lg金红石相Ti02纳米粒子放置于75mL聚四氟乙稀内衬中，加入40-45 mL、13-16 mol/L的KOH溶液，搅拌5-10分钟后密封，套入高压反应釜中，置于180-210°C烘箱中反应4-6天；
2)待反应釜自然冷却后，将所得物质用0.1 mol/L的稀盐酸洗涤至酸性，再放入稀盐酸中搅拌10-24小时，然后用去离子水洗涤至中性；
3 )将其置于70 0C烘箱中干燥得白色粉末，再直接于360-450 °C的马弗炉中煅烧1_3小时，即得所述T12-B超细纳米线。
[0005]所制得的T12-B超细纳米线直径为4?6nm，可用于制备锂离子电池负极材料。
[0006]本发明提供了一种T12-B超细纳米线的制备方法，其可大量合成高纯度(95%以上)的T12-B超细纳米线，且其操作简便、成本低，适于工业化推广应用。
【附图说明】
[0007]图1为所得T12-B超细纳米线的XRD图。
[0008]图2为所得T12-B超细纳米线的SEM图，其中(a)为放大20倍，(b)为放大100倍。
[0009]图3为所得T12-B超细纳米线的TEM图。
[0010]图4为不同电流密度下T12-B超细纳米线组装电池的倍率性能。
[0011]图5为电流密度为5C下T12-B超细纳米线组装电池的循环容量图。
【具体实施方式】
[0012]为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合【具体实施方式】对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
[0013]实施例1
1)将0.5g金红石相Ti02纳米粒子放置于75mL聚四氟乙稀内衬中，加入40 mL、16 mol/L的KOH溶液，搅拌5分钟后密封，套入高压反应釜中，置于180°C烘箱中反应6天；
2)待反应釜自然冷却后，将所得物质用0.1 mol/L的稀盐酸洗涤至酸性，再放入稀盐酸中搅拌10小时，然后用去离子水洗涤至中性；
3)将其置于70°C烘箱中干燥得白色粉末，再直接于360°C的马弗炉中煅烧3小时，即得T12-B超细纳米线。
[0014]实施例2
1)将0.8g金红石相Ti02纳米粒子放置于75mL聚四氟乙稀内衬中，加入42 mL、14 mol/L的KOH溶液，搅拌8分钟后密封，套入高压反应釜中，置于200 °C烘箱中反应5天；
2)待反应釜自然冷却后，将所得物质用0.1 mol/L的稀盐酸洗涤至酸性，再放入稀盐酸中搅拌20小时，然后用去离子水洗涤至中性；
3)将其置于70°C烘箱中干燥得白色粉末，再直接于400°C的马弗炉中煅烧2小时，即得T12-B超细纳米线。
[0015]实施例3
1)将Ig金红石相Ti02纳米粒子放置于75mL聚四氟乙稀内衬中，加入45 mL、13 mol/L的KOH溶液，搅拌1分钟后密封，套入高压反应釜中，置于210 °C烘箱中反应4天；
2)待反应釜自然冷却后，将所得物质用0.1mol/L的稀盐酸洗涤至酸性，再放入稀盐酸中搅拌24小时，然后用去离子水洗涤至中性；
3)将其置于70°C烘箱中干燥得白色粉末，再直接于450°C的马弗炉中煅烧I小时，即得T12-B超细纳米线。
[0016]图1为所得T12-B超细纳米线的XRD图。从图1可以看出，所制备样品的衍射峰与单斜晶相的T12-B的衍射峰一致(JCPDS 74-1940)，说明所制备的材料为纯相Ti02-B。
[0017]图2为所得T12-B超细纳米线的SEM图，其中(a)为放大20倍，(b)为放大100倍。从图2可以看出，所合成的材料具有纳米线的形貌，其长度约为数百纳米。
[0018]图3为所得T12-B超细纳米线的TEM图。从图中可以看出，所得纳米线非常小，直径约为4-6 nm，其尺寸非常有利于锂离子的快速嵌入和脱出，同时可增大嵌锂容量。
[0019]另改用锐钛矿相T12粉体或是二氧化钛P25等其他物质作为钛源进行试验，结果显示，经直接煅烧法无法得到纯相T12-B,或所制备的纳米线直径基本都大于50 nm。因此，所用钛源必须是金红石相T i 02。
[0020]性能试验
锂离子电池组装:T12-B超细纳米线:聚四氟乙烯:乙炔黑= 70-75:5-10: 15-20混合研磨后均匀地涂布在1.3 Cm2的铜片上做正极，负极为金属锂，电解质是I M LiPF6的EC+DEC+DMC (EC/DEC/DMC=1/1/1 v/v/v)溶液。所有组装均在充满氩气的手套箱里进行。
[0021]在不同电流密度下测试T12-B超细纳米线的倍率性能(电压范围1-3V)，其结果如图4所示。从图4可以发现，在lC(lC=170mA/g)、2C、5C、10C、20C和30C的电流密度下，Ti02-B保持的放电容量分别为240 mAh/g、220 mAh/g、183 mAh/g、165 mAh/g、150 mAh/g。由此可以看出，T12-B表现出非常优异的的倍率性能，特别是大倍率充放电性能。
[0022]图5为电流密度为5C下T12-B超细纳米线的循环容量图。从图5中可以知晓，在经过100圈循环之后，其比容量仍可保持在185 mAh/g，比一般的锐钛矿性T12或是金红石型T12的容量都大。此外，T12-B超细纳米线的嵌锂容量也明显高于普通的纳米线。
[0023]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。
【主权项】
1.一种T12-B超细纳米线的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)将0.5-lg金红石相T12纳米粒子放置于聚四氟乙烯内衬中，加入40-45mL、13_16mol/L的KOH溶液，搅拌5-10分钟后密封，套入高压反应釜中，置于180-210°C烘箱中反应4-6天； 2)待反应釜自然冷却后，将所得物质用0.1 mol/L的稀盐酸洗涤至酸性，再放入稀盐酸中搅拌10-24小时，然后用去离子水洗涤至中性； 3)将其置于70°C烘箱中干燥得白色粉末，再直接于360-450°C的马弗炉中煅烧1_3小时，即得所述T12-B超细纳米线。2.—种如权利要求1所述方法制得的Ti02_B超细纳米线，其特征在于:直径为4?6nm。3.—种如权利要求2所述T12-B超细纳米线的应用，其特征在于:用于制备锂离子电池负极材料。
【文档编号】H01M10/0525GK105826546SQ201610181232
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月28日
【发明人】洪振生, 陈晓辉, 赖兰芳, 黄志高
【申请人】福建师范大学