本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种暴露{010}晶面的分等级结构tio2-b的制备方法及其在锂离子电池中的应用。
背景技术：
上世纪九十年代锂离子电池开发成功以来，锂离子电池已经得到了广泛的应用，但是要得到循环性能好，比容量高，大电流充放电性能好的锂离子电池负极材料一直以来是科学家的研究重点。二氧化钛作为一种嵌入型的材料，因其安全无毒，来源丰富，循环稳定好等优点受到科研工作者的关注。二氧化钛是一种具有多种晶相的氧化物，常见的晶相有锐钛矿、金红石、板钛矿和tio2-b相。其中tio2-b相属于亚稳定相，因其结构具有更为开放的空间通道，可以更为有效地进行锂离子的嵌锂脱出，成为近些年研究的热点。然而，tio2-b的制备较为复杂，一般是通过氢型钛酸盐的热处理得到的。
目前还未有制备暴露{010}晶面分等级结构tio2-b的相关专利报道。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种暴露{010}晶面的分等级结构tio2-b的制备方法及其在锂离子电池中的应用，采用一步水热法及随后的煅烧过程，快速制备分等级结构tio2-b，将其应用于锂离子电池负极材料中，该分等级结构tio2-b作锂电池负极具有很高的比容量和循环稳定性，在较大的电流密度1.675a/g时充放电200圈，容量稳定在200.9mah/g。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种暴露{010}晶面的分等级结构tio2-b，具体的制备方法如下：
将3.5克的乙醇酸溶解在25-40毫升的水中，然后加入0.5-2毫摩尔的氟钛酸铵和0.5-2毫摩尔的硼酸，搅拌，移入50毫升的反应釜中，置于100-200度的烘箱中，反应2-10小时，将所得产品用水洗涤数次，烘干，将样品在400度空气氛围下煅烧1-2小时，即可得到暴露{010}晶面的分等级结构tio2-b。
所述暴露{010}晶面的分等级结构tio2-b在锂离子电池中的应用：锂电池组装：按质量比分等级结构tio2-b：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70：20：10混合研磨后均匀地涂在铜箔上做负极，参比电极和对电极均为金属锂，电解质为1mlipf6的ec+dmc+emc(ec/dmc/emc=1/1/1v/v)溶液。所有组装均在手套箱里进行。
本发明的显著优点在于：本发明提供了一种暴露{010}晶面的分等级结构tio2-b制备方法，该方法工艺简单，成本廉价，能耗低，重现性好，性能优异。所制备的暴露{010}晶面的分等级结构tio2-b作锂电池负极具有很高的比容量和循环稳定性，在较大的电流密度1.675a/g时充放电200圈，容量稳定在200.9mah/g。
本发明的作用原理：本发明发现乙醇酸对tio2-b的合成具有密切的关系。换言之，如果反应体系中不加入乙醇酸，则得不到纯相的tio2-b。另外，以氟钛酸铵和硼酸为反应物，是合成暴露{010}晶面的分等级结构tio2-b的关键因素。如果将氟钛酸铵和硼酸换成钛酸正丁酯和硫酸，则得到tio2-b纳米粒子。
附图说明
图1是暴露{010}晶面的分等级结构tio2-b的x射线衍射图，从图中可以看出所有的衍射峰都可归属于单斜相的tio2-b(jcpds卡号：74-1940)。另外，从其衍射图中，没有发现杂峰。这说明用本发明的方法制备的分等级结构tio2-b为纯相的tio2-b。
图2是暴露{010}晶面的分等级结构tio2-b的扫描电镜图和透射电镜图。从图2中a和b可以看出合成的样品尺寸在300-400纳米之间，并且是由纳米片交叉形成分等级结构。图2中d是高分辨透视图，从中可以看出两组晶格条纹，分别为0.58纳米和0.62纳米，且它们的夹角约为107度，分别对应（100）和（001）晶面。以上结果说明该纳米片暴露出{010}晶面。
图3是暴露{010}晶面的分等级结构tio2-b在电压范围为1-3v(vs.li/li+)的循环性能。在电流密度为电流密度1.675a/g时，该材料的首次放电比容量为239.1mah/g，循环100圈之后，放电比容量仍有202.3mah/g，且首圈库伦效率高达91.1%，表现出较高的比容量和稳定的循环性能。
具体实施方式
本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。
实施例1暴露{010}晶面的分等级结构tio2-b的制备方法
将3.5克的乙醇酸溶解在30毫升的水中，然后加入1毫摩尔的氟钛酸铵和1毫摩尔的硼酸，搅拌，移入50毫升的反应釜中，置于150度的烘箱中，反应5小时，将所得产品用水洗涤数次，烘干，将样品在400度空气氛围下煅烧1.5小时，得到暴露{010}晶面的分等级结构tio2-b。
由图1、2可知，本发明制得的材料确为暴露{010}晶面的分等级结构tio2-b。
实施例2
将3.5克的乙醇酸溶解在25毫升的水中，然后加入0.5毫摩尔的氟钛酸铵和0.5毫摩尔的硼酸，搅拌，移入50毫升的反应釜中，置于100度的烘箱中，反应2小时，将所得产品用水洗涤数次，烘干，将样品在400度空气氛围下煅烧1小时，得到暴露{010}晶面的分等级结构tio2-b。
实施例3
将3.5克的乙醇酸溶解在40毫升的水中，然后加入2毫摩尔的氟钛酸铵和2毫摩尔的硼酸，搅拌，移入50毫升的反应釜中，置于200度的烘箱中，反应10小时，将所得产品用水洗涤数次，烘干，将样品在400度空气氛围下煅烧2小时，得到暴露{010}晶面的分等级结构tio2-b。
实施例4暴露{010}晶面的分等级结构tio2-b在锂离子电池中的应用
将实施例1制得的暴露{010}晶面的分等级结构tio2-b用于锂离子电池的制备，并进行电化学性能测试。
锂电池组装：按质量比分等级结构tio2-b：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70：20：10混合研磨后均匀地涂在铜箔上做负极，参比电极和对电极均为金属锂，电解质为1mlipf6的ec+dmc+emc溶液，其中体积比ec/dmc/emc=1/1/1。所有组装均在手套箱里进行。
所制备的暴露{010}晶面的分等级结构tio2-b作锂电池负极具有很高的比容量和循环稳定性，由图3可知，在电流密度为电流密度1.675a/g时，该材料的首次放电比容量为239.1mah/g，循环100圈之后，放电比容量仍有202.3mah/g，且首圈库伦效率高达91.1%，在较大的电流密度1.675a/g时充放电200圈，容量稳定在200.9mah/g，表现出较高的比容量和稳定的循环性能。
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。