CN104701515B - 一种TiO2介笼及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种TiO2介笼及其制备方法和在锂离子电池中的应用，将1‑2g十六烷基磺酸钠分散于35‑60 mL 1‑3 mol/L硝酸溶液中，然后滴加0.7‑1.5 mL钛酸异丙酯，在60‑90℃下反应12‑72h，再经离心洗涤、干燥，350‑450℃退火得到所述的TiO2介笼，粒径为45‑70 nm，由4‑7 nm纳米晶构筑形成笼状形貌，具有单晶状的电子衍射结构，比表面积为210‑220m2/g。本发明操作简便、成本低、纯度高、性能优异，可以大量合成。此产品还能推广至其它能源和催化等领域的应用。

Description

一种TiO2介笼及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于新材料制备领域，具体涉及一种TiO2介笼及其制备方法和在锂离子电池中的应用。
背景技术
锂离子电池具有高电压、高容量和循环寿命长等显著优点而被广泛应用于移动电子设备、国防工业、电动汽车等领域。由于能源和环境保护的需要，电动汽车已成为当前新能源领域中最受关注的行业。因而，开发高性能的锂离子动力电池已成为近年来最热门的研究领域之一。当前，尖晶石锰酸锂、磷酸铁锂等动力电池正极材料已被广泛的研究并取得了较大的进展。然而，目前商业化的负极材料主要是石墨，石墨在充放电过程中表面可能引起金属锂的沉积，存在一定的安全隐患。因而开发具有快速充放电能力、循环性良好、比容量高的非碳负极材料具有十分重要的意义。钛基氧化物以其原料丰富、无毒无害、循环稳定性好和安全性好等优点，成为近年来人们较为广泛的关注的负极材料。目前还未有大比表面积TiO2介笼的制备方法及其应用的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种TiO2介笼及其制备方法和在锂离子电池中的应用，操作简便、成本低、纯度高、性能优异，可以大量合成。此产品还能推广至其它能源和催化等领域的应用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种TiO2介笼，其粒径为45-70 nm，由4-7 nm纳米晶构筑形成笼状形貌，具有单晶状的电子衍射结构，比表面积为210-220m2/g。
制备方法：将1-2g十六烷基磺酸钠分散于35-60 mL 1-3 mol/L硝酸溶液中，然后滴加0.7-1.5 mL钛酸异丙酯，在60-90℃下反应12-72h，再经离心洗涤、干燥，350 -450℃退火得到所述的TiO2介笼。
所述的TiO2介笼作为锂电池负极材料。锂电池组装：按TiO2介笼、聚偏氟乙烯和乙炔黑的质量比为70-75：5-10：15-20混合，研磨后均匀地涂在0.25 cm2的铜片上做负极，正极为金属锂，电解质是1M LiPF6的EC+EMC溶液；EC+EMC溶液中EC+EMC的体积比为1:1；所有组装均在手套箱里进行。
本发明的显著优点在于：本发明首次提供了大比表面积的有序TiO2介笼的制备方法，其操作简便、成本低、纯度高(98%以上)、性能优异，可以大量合成。用此大比表面积的有序TiO2介笼作为锂电池负极材料，结果表明其具有较高的比容量、大倍率的充放电性能和良好的循环稳定性。电流密度为5C的情况下，首次放电比容量高达318 mAhg-1，经过100次循环后，其比容量仍可达170 mAhg-1。此产品还能推广至其他能源和催化等领域的应用。
附图说明
图1是TiO2介笼的XRD图。
图2是TiO2介笼的透射电镜分析图（插图为电子衍射图）。
图3是TiO2介笼的循环曲线图。
具体实施方式
实施例 1
将1g十六烷基磺酸钠分散于35 mL 1mol/L硝酸溶液中，然后滴加0.7 mL钛酸异丙酯，在60℃下反应12h，再经离心洗涤、干燥，350℃退火得到所述的TiO2介笼，纯度为98%，粒径为45nm，由4nm纳米晶构筑形成笼状形貌，具有单晶状的电子衍射结构，说明这些小纳米晶是按晶体学取向有序排列而成的。这种有序TiO2介笼具有非常大的比表面积，可达210m2/g。
所述的TiO2介笼作为锂电池负极材料。锂电池组装：按TiO2介笼、聚偏氟乙烯和乙炔黑的质量比为70：10：20混合，研磨后均匀地涂在0.25 cm2的铜片上做负极，正极为金属锂，电解质是1M LiPF6的EC+EMC溶液；EC+EMC溶液中EC+EMC的体积比为1:1；所有组装均在手套箱里进行。
电流密度为5C的情况下，首次放电比容量高达318 mAhg-1，经过100次循环后，其比容量仍可达170 mAhg-1。
实施例 2
将2g十六烷基磺酸钠分散于60 mL 3 mol/L硝酸溶液中，然后滴加1.5 mL钛酸异丙酯，在90℃下反应72h，再经离心洗涤、干燥，450℃退火得到所述的TiO2介笼，纯度为99%，粒径为70 nm，由7 nm纳米晶构筑形成笼状形貌，具有单晶状的电子衍射结构，说明这些小纳米晶是按晶体学取向有序排列而成的。这种有序TiO2介笼具有非常大的比表面积，可达220m2/g。
所述的TiO2介笼作为锂电池负极材料。锂电池组装：按TiO2介笼、聚偏氟乙烯和乙炔黑的质量比为75：10：15混合，研磨后均匀地涂在0.25 cm2的铜片上做负极，正极为金属锂，电解质是1M LiPF6的EC+EMC溶液；EC+EMC溶液中EC+EMC的体积比为1:1；所有组装均在手套箱里进行。
电流密度为5C的情况下，首次放电比容量高达318 mAhg-1，经过100次循环后，其比容量仍可达170 mAhg-1。
实施例 3
将1.5g十六烷基磺酸钠分散于50 mL 2 mol/L硝酸溶液中，然后滴加1.1mL钛酸异丙酯，在75℃下反应42h，再经离心洗涤、干燥，400℃退火得到所述的TiO2介笼，纯度为99%，粒径为60 nm，由6 nm纳米晶构筑形成笼状形貌，具有单晶状的电子衍射结构，说明这些小纳米晶是按晶体学取向有序排列而成的。这种有序TiO2介笼具有非常大的比表面积，可达215m2/g。
所述的TiO2介笼作为锂电池负极材料。锂电池组装：按TiO2介笼、聚偏氟乙烯和乙炔黑的质量比为72：9：19混合，研磨后均匀地涂在0.25 cm2的铜片上做负极，正极为金属锂，电解质是1M LiPF6的EC+EMC溶液；EC+EMC溶液中EC+EMC的体积比为1:1；所有组装均在手套箱里进行。
电流密度为5C的情况下，首次放电比容量高达318 mAhg-1，经过100次循环后，其比容量仍可达170 mAhg-1。
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。

Claims (2)

1.一种TiO2介笼，其特征在于：粒径为45-70 nm，由4-7 nm纳米晶构筑形成笼状形貌，具有单晶状的电子衍射结构，比表面积为210-220m2/g ；其是通过将1-2g十六烷基磺酸钠分散于35-60 mL 1-3 mol/L硝酸溶液中，然后滴加0.7-1.5 mL钛酸异丙酯，在60-90℃下反应12-72h，再经离心洗涤、干燥，350 -450℃退火步骤得到所述的TiO2介笼。
2.一种如权利要求1所述的TiO2介笼的应用，其特征在于：所述的TiO2介笼作为锂电池负极材料；其锂电池组装过程为：按TiO2介笼、聚偏氟乙烯和乙炔黑的质量比为70-75：5-10：15-20混合，研磨后均匀地涂在0.25 cm2的铜片上做负极，正极为金属锂，电解质是1M LiPF6的EC+EMC溶液；EC+EMC溶液中EC：EMC的体积比为1:1；所有组装均在手套箱里进行。
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