CN107180952B - 一种SnO2-TiO2负极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种SnO2‑TiO2负极材料的制备方法，属于材料合成及能源技术领域。首先向NaOH溶液中加入表面活性剂混合均匀，然后加入清洗后的钛箔进行水热反应，反应结束后将钛箔取出置于HCl溶液中室温下浸泡得到H2Ti3O7；将H2Ti3O7煅烧得到TiO2薄膜电极材料；将SnCl4·5H2O加入到异丙醇溶液中，然后加入HCl溶液混合均匀得到SnCl4混合溶液；将SnCl4混合溶液均匀地涂布TiO2薄膜电极材料上，依次经烘干后、煅烧，如此反复，涂刷若干次后退火，在空气中自然冷却即可得到SnO2‑TiO2负极材料。本发明以TiO2三维纳米线网状结构为基底，然后在其上热分解涂布的方式附着SnO2材料既可得到复合材料。

Description

一种SnO2-TiO2负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种SnO2-TiO2负极材料的制备方法，属于材料合成及能源技术领域。
背景技术
TiO2锂离子电池负极是一种低成本、无毒性和环境友好的材料，它具备较高的电解液兼容性和安全性，被认为是一种石墨碳负极的替代材料。此外，锐钛矿型TiO2材料中锂离子的嵌入/脱出电压（> 1.0 V vs. Li/Li+）明显高于石墨碳负极的工作电压，可以有效避免锂沉积造成的安全隐患。此外，得益于TiO2材料稳定的结构，其在充放电过程中表现出优秀的容量可逆性和锂离子快速传输行为。
然而TiO2有限的嵌脱锂位限制了其储锂容量，本发明制备的SnO2-TiO2复合电极材料，与现有的TiO2电极材料相比引入了具有较高理论容量的SnO2材料，这将进一步提高TiO2电极的质量比容量。与现有的SnO2电极材料相比，三维网状结构TiO2可以有效缓解SnO2材料在循环过程中产生的体积变化，使复合材料的循环稳定性进一步提升。使用该方法制备的电极材料具有三维多孔微纳结构。其中三维结构则增加材料制备、储存的稳定性，在一定程度上降低了生产及储存成本。多孔结构既有利于电解液的浸润，又有利于电极材料的离子与电子传输从而提高材料的电化学性能。
如何制备三维结构SnO2-TiO2负极材料是个问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种SnO2-TiO2负极材料的制备方法。本发明以TiO2三维纳米线网状结构为基底，然后在其上热分解涂布的方式附着SnO2材料既可得到复合材料。本发明制备得到的SnO2-TiO2负极材料具有三维网状多孔结构利于离子、电子的快速传输，适合作为高活性的锂离子或是钠离子电池的电极材料。本发明通过以下技术方案实现。
一种SnO2-TiO2负极材料的制备方法，其具体步骤如下：
（1）首先向NaOH溶液中加入表面活性剂混合均匀，然后加入清洗后的钛箔，在温度为190～250℃条件下水热反应12～20h，反应结束后将钛箔取出置于HCl溶液中室温下浸泡1～10h得到H2Ti3O7；
（2）将步骤（1）得到的H2Ti3O7在温度为300～500℃下煅烧2～6h得到TiO2薄膜电极材料；
（3）将SnCl4·5H2O加入到异丙醇溶液中形成浓度为0.5mol/L的溶液，然后加入HCl溶液混合均匀得到SnCl4混合溶液；
（4）将步骤（3）得到的SnCl4混合溶液均匀地涂布在步骤（2）得到的TiO2薄膜电极材料上，经烘干后，在温度为400～600℃煅烧5～30min，如此反复，涂刷若干次后在400～600℃下退火0.5～3h，在空气中自然冷却即可得到SnO2-TiO2负极材料。
所述步骤（1）中NaOH溶液浓度为0.5～1mol/L，表面活性剂为乙醇或丙醇醇类溶液，加入量为表面活性剂与NaOH溶液体积比为10：80。
所述步骤（1）中HCl溶液浓度为0.1～0.5mol/L。
所述步骤（3）中的HCl溶液为分析纯HCl，加入的量为异丙醇溶液体积的8%。
上述若没有提及到浓度的试剂均为分析纯试剂。
本发明的有益效果是：
1、本发明制备的SnO2-TiO2复合电极材料，与现有的TiO2电极材料相比引入了具有较高理论容量的SnO2材料，这将进一步提高TiO2电极的质量比容量。与现有的SnO2电极材料相比，三维网状结构TiO2可以有效缓解SnO2材料在循环过程中产生的体积变化，使复合材料的循环稳定性进一步提升。
2、使用该方法制备的电极材料具有三维多孔微纳结构。其中三维结构则增加材料制备、储存的稳定性，在一定程度上降低了生产及储存成本。多孔结构既有利于电解液的浸润，又有利于电极材料的离子与电子传输从而提高材料的电化学性能。
3、本发明制备的复合电极材料具有较强的循环性能，在200mA/g的高电流密度下循环100周可逆容量可达450mAh/g。
附图说明
图1是本发明实施例1制备得到的SnO2-TiO2负极材料XRD图；
图2是本发明实施例1制备得到的SnO2-TiO2负极材料SEM图；
图3是本发明实施例1制备得到的SnO2-TiO2负极材料电化学循环性能图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
该SnO2-TiO2负极材料的制备方法，其具体步骤如下：
（1）首先向80mL、0.5mol/LNaOH溶液中加入表面活性剂混合均匀（表面活性剂为乙醇，乙醇加入量为10mL），然后加入清洗后的3cm×6cm钛箔，在温度为220℃（升温速率3℃/min）条件下水热反应16h，反应结束后将钛箔取出置于100mL、0.1mol/LHCl溶液中室温下浸泡6h，实现H+与Na+的离子交换过程，得到H2Ti3O7；
（2）将步骤（1）得到的H2Ti3O7在温度为400℃（以3℃/min升温速率）下煅烧4h得到TiO2薄膜电极材料；
（3）将SnCl4·5H2O加入到异丙醇溶液中形成浓度为0.5mol/L的溶液，然后加入HCl溶液（分析纯HCl，加入的量为异丙醇溶液体积的8%）混合均匀得到SnCl4混合溶液；
（4）将步骤（3）得到的SnCl4混合溶液均匀地涂布在步骤（2）得到的TiO2薄膜电极材料上，经烘干（在95℃下烘干30min）后，在温度为500℃煅烧15min，如此反复，涂刷2次后在500℃下退火1h，在空气中自然冷却即可得到SnO2-TiO2负极材料。
材料性能表征
通过XRD衍射仪（使用Philips X’pert Pro Super X-ray 衍射仪与 Cu Kα射线源）分析材料（SnO2-TiO2负极材料）的晶体结构得图1，从图可知该电极材料主要成分为SnO2及TiO2没有其它杂质；扫描电子显微镜（HITACHI S-4800）分析材料的形貌，得图2，从图可知该电极材料为三维多孔结构。
电化学性能测试
将所制得的SnO2-TiO2薄膜电极作为工作电极，在高纯氩气氛手套箱中以EC/DEC/DMC＝1∶1：1（体积比）为电解液溶剂以LiPF6为电解质，以玻璃纤维滤纸为吸液膜，PP膜为隔膜，金属锂为电池负极组装成2016扣式电池。放充电条件：以相同的电流密度放电到1V后再充电到3V，选择的电流密度为200mA/g。
对上述电池进行测试，得图3，可知：按实施例一方法制备的电极材料在200mA/g电流密度下充放电，循环100周后可逆容量保持在450mAh/g。
实施例2
该SnO2-TiO2负极材料的制备方法，其具体步骤如下：
（1）首先向80mL、1mol/LNaOH溶液中加入表面活性剂混合均匀（表面活性剂为乙醇，乙醇加入量为10mL），然后加入清洗后的3cm×6cm钛箔，在温度为250℃（升温速率3℃/min）条件下水热反应20h，反应结束后将钛箔取出置于100mL、0.5mol/LHCl溶液中室温下浸泡8h，实现H+与Na+的离子交换过程，得到H2Ti3O7；
（2）将步骤（1）得到的H2Ti3O7在温度为500℃（以3℃/min升温速率）下煅烧6h得到TiO2薄膜电极材料；
（3）将SnCl4·5H2O加入到异丙醇溶液中形成浓度为0.5mol/L的溶液，然后加入HCl溶液（分析纯HCl，加入的量为异丙醇溶液体积的8%）混合均匀得到SnCl4混合溶液；
（4）将步骤（3）得到的SnCl4混合溶液均匀地涂布在步骤（2）得到的TiO2薄膜电极材料上，经烘干（在95℃下烘干30min）后，在温度为600℃煅烧30min，如此反复，涂刷4次后在600℃下退火3h，在空气中自然冷却即可得到SnO2-TiO2负极材料。
实施例3
该SnO2-TiO2负极材料的制备方法，其具体步骤如下：
（1）首先向80mL、0.8mol/LNaOH溶液中加入表面活性剂混合均匀（表面活性剂为丙醇，丙醇加入量为10mL），然后加入清洗后的3cm×6cm钛箔，在温度为190℃（升温速率3℃/min）条件下水热反应12h，反应结束后将钛箔取出置于100mL、0.3mol/LHCl溶液中室温下浸泡1h，实现H+与Na+的离子交换过程，得到H2Ti3O7；
（2）将步骤（1）得到的H2Ti3O7在温度为300℃（以3℃/min升温速率）下煅烧2h得到TiO2薄膜电极材料；
（3）将SnCl4·5H2O加入到异丙醇溶液中形成浓度为0.5mol/L的溶液，然后加入HCl溶液（分析纯HCl，加入的量为异丙醇溶液体积的8%）混合均匀得到SnCl4混合溶液；
（4）将步骤（3）得到的SnCl4混合溶液均匀地涂布在步骤（2）得到的TiO2薄膜电极材料上，经烘干（在95℃下烘干30min）后，在温度为400℃煅烧5min，如此反复，涂刷4次后在400℃下退火0.5h，在空气中自然冷却即可得到SnO2-TiO2负极材料。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.一种SnO2-TiO2负极材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）首先向NaOH溶液中加入表面活性剂混合均匀，然后加入清洗后的钛箔，在温度为190～250℃条件下水热反应12～20h，反应结束后将钛箔取出置于HCl溶液中室温下浸泡1～10h得到H2Ti3O7；所述NaOH溶液浓度为0.5～1mol/L，表面活性剂为乙醇或丙醇醇类溶液，加入量为表面活性剂与NaOH溶液体积比为10：80，
（2）将步骤（1）得到的H2Ti3O7在温度为300～500℃下煅烧2～6h得到TiO2薄膜电极材料；
（3）将SnCl4·5H2O加入到异丙醇溶液中形成浓度为0.5mol/L的溶液，然后加入HCl溶液混合均匀得到SnCl4混合溶液；
（4）将步骤（3）得到的SnCl4混合溶液均匀地涂布在步骤（2）得到的TiO2薄膜电极材料上，经烘干后，在温度为400～600℃煅烧5～30min，如此反复，涂刷若干次后在400～600℃下退火0.5～3h，在空气中自然冷却即可得到SnO2-TiO2负极材料。
2.根据权利要求1所述的SnO2-TiO2负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中HCl溶液浓度为0.1～0.5mol/L。
3.根据权利要求1所述的SnO2-TiO2负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中的HCl溶液为分析纯HCl，加入的量为异丙醇溶液体积的8%。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108767207A (zh) * 2018-04-24 2018-11-06 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种高性能氧化物包覆纳米SnO2负极材料的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101428847A (zh) * 2008-12-15 2009-05-13 吉林大学 纳米结构二氧化锡锂离子电池负极材料的制备方法
CN102509632A (zh) * 2011-10-28 2012-06-20 泉州师范学院 一种水合结构SnO2/IrO2·xH2O氧化物薄膜电极材料及其制备方法
CN106299294A (zh) * 2016-09-13 2017-01-04 天津大学 一种二氧化锡纳米晶/二氧化钛纳米管复合材料的制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9531004B2 (en) * 2013-12-23 2016-12-27 GM Global Technology Operations LLC Multifunctional hybrid coatings for electrodes made by atomic layer deposition techniques
CN106129344B (zh) * 2016-06-06 2021-10-26 重庆大学 一种二氧化锡/二氧化钛球形颗粒与石墨烯纳米带复合材料的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101428847A (zh) * 2008-12-15 2009-05-13 吉林大学 纳米结构二氧化锡锂离子电池负极材料的制备方法
CN102509632A (zh) * 2011-10-28 2012-06-20 泉州师范学院 一种水合结构SnO2/IrO2·xH2O氧化物薄膜电极材料及其制备方法
CN106299294A (zh) * 2016-09-13 2017-01-04 天津大学 一种二氧化锡纳米晶/二氧化钛纳米管复合材料的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Epitaxial Growth Route to Crystalline TiO2 Nanobelts with Optimizable Electrochemical Performance;Peng Gao et.al;《Acs Appl Mater Interfaces》;20121224(第5期);第368-373页 *
TiO2 nanotube @ SnO2 nanoflake core–branch arrays for lithium-ion battery anode;Changrong Zhu et.al;《Nano Energy》;20140103(第4期);第105-112页 *

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