CN106384810A - 一种金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒的制备方法 - Google Patents

一种金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒的制备方法，采用简单的一步水热法，将钛酸正丁酯溶解在乳酸钠和水的混合溶液中，加入对苯二甲酸，加热反应即得。该方法工艺简单，成本廉价，能耗低，重现性好，性能优异，便于大规模应用。所制备的金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒作锂电池负极得到的锂电池具有很高的比容量和循环稳定性，在电流密度为3.36 A/g时充放电循环5000圈容量稳定在84.9 mAh/g。

Description

一种金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒的制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒的制备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。现在常用的负极材料有金属锂、碳材料、硅材料、TiO2和Li4Ti5O12等。金属锂和碳材料存在安全性能隐患和倍率性能差等缺点。硅材料在充放电过程中，存在较大的体积膨胀。Li4Ti5O12合成困难。TiO2的具有无毒、来源丰富、电化学性能稳定和安全等优点，是未来锂离子电池负极材料发展的一个方向。TiO2具有多种晶相，不同的晶相TiO2的电化学性能各有差异。
目前还未有制备金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒的相关专利报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒的制备方法，采用简单的一步水热法，该方法工艺简单，成本廉价，能耗低，重现性好，性能优异。所制备的金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒作锂电池负极得到的锂电池具有很高的比容量和循环稳定性，在电流密度为3.36 A/g时充放电循环5000圈容量稳定在84.9 mAh/g。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明采用简单的一步水热法，合成金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒。
具体制备方法：将0.5-3毫升的钛酸正丁酯溶解在乳酸钠和水的混合溶液中，其中乳酸钠和水的体积比为1/5，然后加入0.05-1 克的对苯二甲酸，搅拌数分钟，移入50毫升的反应釜中，置于100-200度的烘箱中，反应12-36小时，将所得产品用水洗涤数次，烘干，即可得到金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒。
锂电池组装：按质量比金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒：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，电解液为1M LiPF6的EC+DMC+EMC (EC/DMC/EMC=1/1/1 v/v) 溶液。
所制备的金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒作锂电池负极得到的锂电池具有很高的比容量和循环稳定性，在电流密度为3.36 A/g时充放电循环5000圈容量稳定在84.9 mAh/g。
本发明的显著优点在于：采用简单的一步水热法，该方法工艺简单，成本廉价，能耗低，重现性好，性能优异，便于大规模应用。所制备的金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒作锂电池负极得到的锂电池具有很高的比容量和循环稳定性，在电流密度为3.36 A/g时充放电循环5000圈容量稳定在84.9 mAh/g。
附图说明
图1是金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒的X射线衍射图。
图2是金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒的Raman谱图。
图3是金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒的扫描电镜图。
图4是金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒的透射电镜图。
图5是电流密度为3.36 A/g时, 金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒的电化学性能图。
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 金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒的制备
将0.5-3毫升的钛酸正丁酯溶解在乳酸钠和水的混合溶液中，其中乳酸钠和水的体积比为1/5，然后加入0.05-1 克的对苯二甲酸，搅拌5分钟，移入50毫升的反应釜中，置于100-200度的烘箱中，反应12-36小时，将所得产品用水洗涤数次，烘干，即可得到金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒。
由图1、2、3、4可知，本发明制得的材料确为金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒。
实施例2 金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒在锂离子电池中的应用
将实施例1制得的金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒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：按质量比金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒：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，电解液为1M LiPF6的EC+DMC+EMC (EC/DMC/EMC=1/1/1 v/v) 溶液。
所制备的金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒作锂电池负极得到的锂电池具有很高的比容量和循环稳定性，由图5可知，在电流密度为3.36 A/g时充放电循环5000圈容量稳定在84.9 mAh/g。
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 (4)

1.一种金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒的制备方法，其特征在于，采用简单的一步水热法，合成金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒。
2.根据权利要求1所述的金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：将0.5-3毫升的钛酸正丁酯溶解在乳酸钠和水的混合溶液中，其中乳酸钠和水的体积比为1/5，然后加入0.05-1 克的对苯二甲酸，搅拌3-5分钟，移入50毫升的反应釜中，置于100-200度的烘箱中，反应12-36小时，将所得产品用水洗涤，烘干，得到金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒。
3.一种如权利要求1或2所述的制备方法制得的金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒。
4.一种如权利要求3所述的金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒的应用，其特征在于，所述的金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒在锂离子电池中的应用，该锂电池的制备方法为：按质量比金红石@锐钛矿二氧化钛核壳结构纳米棒：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，电解液为1MLiPF6的EC+DMC+EMC溶液，其中体积比EC/DMC/EMC=1/1/1。
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