一种锂离子电池负极材料铌酸钛的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电化学技术领域，具体地说，涉及一种锂离子电池负极材料铌酸钛的制备方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、使用寿命长和环保等特性被广泛应用于各种便携式电子产品中。当前随着电动汽车和混合动力汽车产业的发展，对锂离子电池提出了更高的要求，特别是在安全性、充电速度和续航里程等方面。目前商业化的锂离子电池负极材料仍局限于石墨类碳材料，其较低的安全性和倍率性能无法满足电动汽车用动力电池的要求，因此，迫切需要研发新型的高性能负极材料。
[0003]铌酸钛(TiNb6O17)作为一种新型的负极材料，相比于石墨类碳材料具有较高的体积比容量和更好的安全性;此外，该材料具有优良的倍率充放电性能和循环稳定性。因此在锂离子电池特别是动力型锂离子电池方面具有广阔的发展前景。与其他过渡金属氧化物类似，铌酸钛的电导率较低，导致其在充放电过程中极化大，倍率性能不理想。
[0004]大量文献报道指出，电极材料的形貌结构和尺寸对其电化学性能有较大影响。具有特殊形貌结构的电极材料可以增大与电解液的接触面积，小的颗粒尺寸可以缩短锂离子的扩散距离，都有利于锂离子的扩散，进而有助于提高材料的电化学性能。目前关于铌酸钛材料仅有的一篇文献报道采用的是高温固相法，制得的铌酸钛的颗粒尺寸较大(约1-2微米)，倍率性能不理想(C.Lin，G.Wang ,S.Lin,J.Li,L.Lu,TiNb6017:a new electrodematerial for lithium-1on batteries，Chem.Commun.，2015，51:8970-8973.)。关于形貌和尺寸对铌酸钛材料电化学性能影响的研究还未见文献报道。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明所要解决的是现有制备方法得到的铌酸钛材料颗粒较大，扩散距离较长，影响铌酸钛材料电化学性能的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明公开了一种锂离子电池负极材料铌酸钛的制备方法，具体包括以下步骤:
[0007]I)将铌源和钛源分别溶于一定量的醋酸中，然后缓慢混合，其中铌离子浓度为0.002-5.0mol/L；
[0008]2)将步骤I)所得混合液转移至反应釜中，置于恒温干燥箱中加热反应；
[0009]3)待反应釜自然冷却至室温，将步骤2)所得沉淀产物用去离子水和乙醇分别洗涤，然后真空干燥得到粉体；
[0010]4)将步骤3)所得粉体焙烧，得到铌酸钛(T iNb6017)材料。
[0011 ] 进一步的，步骤I)中所述铌源和钛源的原子比为铌/钛=5.2-6.7:1。
[0012]进一步的，步骤I)中所述铌源为乙醇铌和五氯化铌中的一种或两种混合。
[0013]进一步的，步骤I)中所述钛源为四异丙醇钛、硫酸钛、硫酸氧钛和钛酸丁酯中的一种或几种混合。
[0014]进一步的，步骤2)中所述反应条件为60-260°C下反应2-48小时。
[0015]优选的，步骤2)中所述反应温度为100_255°C。
[0016]进一步的，步骤3)所述沉淀物用去离子水和乙醇分别洗涤三次。
[0017]进一步的，步骤3)所述干燥温度为70_130°C。
[0018]进一步的，步骤4)所述焙烧条件为500-1300°C下焙烧2-52小时。
[0019]优选的，步骤4)中所述焙烧温度为650-1200°C。
[0020]与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果:
[0021]I)本发明制备的铌酸钛材料呈球形，且尺寸小，平均尺寸约为500纳米，有利于提高锂离子在材料中的扩散速率。
[0022]2)本发明制备的铌酸钛材料作为锂离子电池负极具有较高的充放电比容量和优异倍率循环性能。
[0023]3)本发明的制备方法，条件温和，步骤简单，易于操作，便于工业化生产。
[0024]当然，实施本发明的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
【附图说明】
[0025]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0026]图1为本发明实施例1制备的铌酸钛材料的XRD图；
[0027]图2为本发明实施例1制备的铌酸钛材料的扫描电镜照片；
[0028]图3为本发明实施例1制备的铌酸钛材料在I和1C倍率下的首次充放电曲线；
[0029]图4为本发明实施例1制备的铌酸钛材料的循环性能曲线图。
【具体实施方式】
[0030]以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
[0031]实施例1
[0032]I)将乙醇铌和钛酸丁酯按照原子比铌/钛=5.82:1分别溶于一定量的醋酸中，然后缓慢混合，其中，铌离子浓度为0.02mol/L;
[0033]2)将步骤I)所得混合液转移至反应釜中，置于恒温干燥箱中，在160°C下反应48小时；
[0034]3)自然冷却至室温，将所得沉淀物用去离子水和乙醇分别洗涤三次，然后于73°C下干燥得到粉体；
[0035]4)将步骤3)所得粉体在1100 °C下焙烧12小时，即得铌酸钛(TiNb60n)材料。
[0036]实施例2
[0037]I)将五氯化铌和硫酸钛按照原子比铌/钛=5.63:1分别溶于一定量的醋酸中，然后缓慢混合，其中，铌离子浓度为I.lmol/L;
[0038]2)将步骤I)所得混合液转移至反应釜中，置于恒温干燥箱中，在245°C下反应36小时；
[0039]3)自然冷却至室温，将所得沉淀物用去离子水和乙醇分别洗涤三次，然后于80°C下干燥得到粉体；
[0040]4)将步骤3)所得粉体在830°C下焙烧24小时，即得铌酸钛(TiNb6On)材料。
[0041 ] 实施例3
[0042]I)将乙醇铌和四异丙醇钛按照原子比铌/钛=5.2:1分别溶于一定量的醋酸中，然后缓慢混合，其中，铌离子浓度为0.002mol/L;
[0043]2)将步骤I)所得混合液转移至反应釜中，置于恒温干燥箱中，在60°C下反应48小时；
[0044]3)自然冷却至室温，将所得沉淀物用去离子水和乙醇分别洗涤三次，然后于lilt:下干燥得到粉体；
[0045]4)将步骤3)所得粉体在500°C下焙烧48小时，即得铌酸钛(TiNb6On)材料。
[0046]实施例4
[0047]I)将五氯化铌和钛酸丁酯按照原子比铌/钛=5.75:1分别溶于一定量的醋酸中，然后缓慢混合，其中，铌离子浓度为0