CN108899549A - 原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法和应用 - Google Patents

原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN108899549A
CN108899549A CN201810781514.3A CN201810781514A CN108899549A CN 108899549 A CN108899549 A CN 108899549A CN 201810781514 A CN201810781514 A CN 201810781514A CN 108899549 A CN108899549 A CN 108899549A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon coating
electrode material
negative electrode
situ
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810781514.3A
Other languages
English (en)
Inventor
王强
李洋
欧阳梦玲
邓先萍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest University
Original Assignee
Southwest University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest University filed Critical Southwest University
Priority to CN201810781514.3A priority Critical patent/CN108899549A/zh
Publication of CN108899549A publication Critical patent/CN108899549A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明涉及一种原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法和应用，属于锂离子电池材料技术领域，利用一步水热法合成前驱体后，在惰性气氛下热处理合成了原位碳包覆TiO2(B)电极材料。该合成方法操作简捷、成本低；并且作为锂离子电池负极材料具有良好的电化学性能。

Description

原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法和应用
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种原位碳包覆TiO2(B)负极材料的处理方法和应用。
背景技术
近年来，随着便携式电子产品以及新能源汽车行业的迅速发展，人们对电池的综合性能要求不断增加，石墨作为现阶段商业化锂离子电池中最常见的负极材料，出现了固态扩散系数较低，在充放电过程中具有较高的扩散阻力，储锂量小等问题，同样Li4Ti5O12作为现阶段石墨的潜在替代者，也存在理论容量低、能量密度小等缺陷，因而限制了其大规模的商业化应用。这也对锂离子电池的进一步发展提出了新的挑战。
TiO2(B)（335mAh/g）作为锂离子负极材料其理论比容量几乎是Li4Ti5O12（175mAh/g）的两倍，且与石墨相当，同样相关研究也表明，与块体材料的TiO2(B)相比其纳米结构具有更好的离子迁移速率，但由于导电性欠缺而限制了其进一步应用，因此本发明利用一步水热法合成前驱体，在惰性气氛下热处理成功合成了原位碳包覆TiO2(B)电极材料，并且在储能上进行了应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于：（1）提供一种原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法，该制备方法操作简捷、成本低；（2）通过所述方法制备的原位碳包覆TiO2(B)负极材料具有独特的形貌、电化学性能良好等特点；（3）原位碳包覆TiO2(B)负极材料在锂离子半电池方面的应用。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1.一种原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法和应用，包括如下步骤：
（1）原位碳包覆H2Ti3O7前驱体制备：将化学纯TiO2和碳源依次加入到NaOH溶液中，搅拌均匀，在均相反应仪中通过一步水热法合成原位碳包覆Na2Ti3O7前驱体溶液，然后进行多次洗涤抽滤，然后加入适量的盐酸过夜搅拌，接着将溶液多次洗涤抽滤，最后进行冷冻干燥，得到原位碳包覆H2Ti3O7前驱体；
（2）在惰性气氛下，将步骤（1）所述的原位碳包覆H2Ti3O7前驱体进行高温热处理得到原位碳包覆TiO2(B)。
进一步，步骤（1）中， NaOH溶液的摩尔浓度为12mol/L，TiO2和碳源的摩尔比为3：4，盐酸的摩尔浓度为0.1mol/L。
进一步，步骤（1）中，在均相反应仪中通过一步水热法合成，包括以下反应条件：均相反应仪转速为20rpm，水热温度为160~185℃，保温时间为24~72小时。
进一步，步骤（1）中，碳源为柠檬酸、葡萄糖、蔗糖和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。
进一步，步骤（2）中的热处理，包括以下反应条件：温度为350~450℃，升温速率为3℃/min，保温时间为2~6小时。
2.由上面任一项所述方法制备原位碳包覆TiO2(B)负极材料。
3.由上面所述的制备的原位碳包覆TiO2(B)负极材料在锂离子半电池上的储能应用。
本发明的有益效果在于：本发明提供了原位碳包覆TiO2(B)负极材料在锂离子电池负极材料的制备方法和应用。提供的制备方法简捷、成本低，原位碳包覆TiO2(B)锂离子电池负极材料具有良好的电化学性能。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为实施例1所得原位碳包覆TiO2(B) 负极材料的场发射扫描电镜图。
图2为实施例1所得原位碳包覆TiO2(B) 负极材料的物相XRD图。
图3为实施例2所述原位碳包覆TiO2(B) 负极材料制备的半电池在不同电流密度下的充放电曲线图。
图4为实施例2所述原位碳包覆TiO2(B) 负极材料制备的半电池在335mA/g电流密度下的循环性能和充放电效率曲线图。
图5为实施例2所述原位碳包覆TiO2(B)负极材料制备的半电池在不同电流密度下循环倍率图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备
称取3g的TiO2和4.6g的十六烷基三甲基溴化铵加入300mL 12mol/L 的NaOH溶液在室温下搅拌1小时，后将上述液体置于500ml的聚四覆乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在175℃下以20rpm转速反应72小时后，对反应产物进行洗涤抽滤，至溶液PH为中性，然后加入0.1mol/L盐酸室温搅拌12小时，接着将溶液多次洗涤抽滤，最后进行冷冻干燥，得到原位碳包覆H2Ti3O7前驱体。
称取适量原位碳包覆H2Ti3O7前驱体，在惰性气体氛围中，以3℃/min的升温速率升温至400℃，退火6小时，即得原位碳包覆TiO2(B)负极材料，其形貌如图1所示，所得材料物相表征如图2所示，说明通过此种方法可以成功制备原位碳包覆TiO2(B)纳米线材料。
实施例2将原位碳包覆TiO2(B)负极材料用于电池的制备及电化学性能测试
（1）取实施例1中制备的原位碳包覆TiO2(B)负极材料作为活性物质与乙炔黑、粘结剂聚偏四氟乙烯（PVDF）按8:1:1的质量混合后，加入少量的1-甲基-2吡咯烷酮（NMP），接着在玛瑙研钵里研磨，得到均匀的糊状物质；然后将其涂抹在面积约为1.3cm2的铜片基底上，最后在120℃下真空干燥12小时，即得负极片。
（2）半电池组装：将正极材料、隔膜以及步骤（1）中制成的负极片进行纽扣电池的组装，电解液为1mol/L的LiPF6溶液为电解质（其中溶质是LiPF6，溶剂为氟代碳酸乙烯酯(FEC)与碳酸二甲酯(DMC)，其体积比为1:1），使用的纽扣电池型号为CR2032，隔膜型号为Celgard2400。组装完毕后，将电池移出手套箱，室温静置12小时后，在Land测试系统上进行电化学性能的测试，测试电压范围为1.0~3.0V。所得在不同电流密度下的充放电曲线如图3示；在335mA/g电流密度下的循环性能和充放电效率曲线如图4示，不同电流密度下循环倍率如图5示。
从图3可以看出：所制得原位碳包覆TiO2(B)负极材料在1.45~1.65V的电压范围内，电压平台明显且平缓，有商业化的价值。
从图4可以看出：该材料在335 mA/g(1C)的电流密度下的容量接近195 mAh/g，并且经过600圈的循环之后材料性能衰减较小，说明通过该方法合成的原位碳包覆TiO2(B)负极材料循环性能良好。
从图5可以看出：在不同电流密度下该材料的充放电性能稳定，表明该锂离子电池负极材料的倍率性能良好，即使在10.05A/g (30C)的电流密度下仍有45mAh/g左右的比容量，而当电流密度恢复到33.5mA/g (0.1C)后，其放电比容量依旧可以达到195mAhg-1左右，表明该锂离子电池负极材料的安全性能高、可逆性好。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
（1）原位碳包覆H2Ti3O7前驱体制备：将化学纯TiO2和碳源依次加入到NaOH溶液中，搅拌均匀，在均相反应仪中通过一步水热法合成原位碳包覆Na2Ti3O7前驱体溶液，然后进行多次洗涤抽滤，然后加入适量的盐酸过夜搅拌，接着将溶液多次洗涤抽滤，最后进行冷冻干燥，得到原位碳包覆H2Ti3O7前驱体；
（2）在惰性气氛下，将步骤（1）所述的原位碳包覆H2Ti3O7前驱体进行高温热处理得到原位碳包覆TiO2(B)。
2.根据权利要求1所述的一种原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中， NaOH溶液的摩尔浓度为12mol/L，TiO2和碳源的摩尔比为3：4，盐酸的摩尔浓度为0.1mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的，在均相反应仪中通过一步水热法合成包括以下反应条件：均相反应仪转速为20rpm，水热温度为160~185℃，保温时间为24~72小时。
4.根据权利要求1所述的一种原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，碳源为柠檬酸、葡萄糖、蔗糖和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的热处理，包括以下反应条件：温度为350~450℃，升温速率为3℃/min，保温时间为2~6小时。
6.根据权利要求1~5任一项所述的一种原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法。
7.由权利要求6所述的一种原位碳包覆TiO2(B)负极材料在锂离子半电池上的应用。
CN201810781514.3A 2018-07-14 2018-07-14 原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法和应用 Pending CN108899549A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810781514.3A CN108899549A (zh) 2018-07-14 2018-07-14 原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810781514.3A CN108899549A (zh) 2018-07-14 2018-07-14 原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108899549A true CN108899549A (zh) 2018-11-27

Family

ID=64349466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810781514.3A Pending CN108899549A (zh) 2018-07-14 2018-07-14 原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108899549A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110061214A (zh) * 2019-04-18 2019-07-26 西南大学 导电聚合物包覆TiO2(B)负极材料的制备及应用
CN110544767A (zh) * 2019-09-25 2019-12-06 西南大学 一种碳包覆三钛酸钠复合材料及其制备方法和应用
CN110803712A (zh) * 2019-07-09 2020-02-18 华东理工大学 一种卵状碳包裹单晶二氧化钛微球的制备方法及其应用
CN112103467A (zh) * 2020-08-06 2020-12-18 双登集团股份有限公司 一种锂离子电池负极
CN112421012A (zh) * 2020-11-26 2021-02-26 中北大学 一种包覆改性锂电正极材料的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102437321A (zh) * 2011-12-20 2012-05-02 中国科学院新疆理化技术研究所 石墨烯-TiO2(B)纳米管复合材料及其制备方法
CN102531050A (zh) * 2010-12-30 2012-07-04 北京大学 制备TiO2(B)纳米线的方法及制得的TiO2(B)纳米线的用途
CN103700829A (zh) * 2014-01-09 2014-04-02 重庆大学 二氧化钛(b)-石墨烯自卷绕纳米复合材料的制备方法
CN103964499A (zh) * 2014-05-05 2014-08-06 湖南大学 一种碳包覆二氧化钛纳米电极材料的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102531050A (zh) * 2010-12-30 2012-07-04 北京大学 制备TiO2(B)纳米线的方法及制得的TiO2(B)纳米线的用途
CN102437321A (zh) * 2011-12-20 2012-05-02 中国科学院新疆理化技术研究所 石墨烯-TiO2(B)纳米管复合材料及其制备方法
CN103700829A (zh) * 2014-01-09 2014-04-02 重庆大学 二氧化钛(b)-石墨烯自卷绕纳米复合材料的制备方法
CN103964499A (zh) * 2014-05-05 2014-08-06 湖南大学 一种碳包覆二氧化钛纳米电极材料的制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110061214A (zh) * 2019-04-18 2019-07-26 西南大学 导电聚合物包覆TiO2(B)负极材料的制备及应用
CN110803712A (zh) * 2019-07-09 2020-02-18 华东理工大学 一种卵状碳包裹单晶二氧化钛微球的制备方法及其应用
CN110544767A (zh) * 2019-09-25 2019-12-06 西南大学 一种碳包覆三钛酸钠复合材料及其制备方法和应用
CN112103467A (zh) * 2020-08-06 2020-12-18 双登集团股份有限公司 一种锂离子电池负极
CN112421012A (zh) * 2020-11-26 2021-02-26 中北大学 一种包覆改性锂电正极材料的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108899549A (zh) 原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法和应用
Yoda et al. Poly-γ-glutamate binder to enhance electrode performances of P2-Na2/3Ni1/3Mn2/3O2 for Na-ion batteries
CN109888245B (zh) 氧空位和碳包覆调节的钛铌氧/碳复合材料及其制备方法和应用
CN108321366A (zh) 一种提高高镍三元镍钴锰正极材料电化学性能的包覆方法
CN104538207B (zh) TiNb2O7/碳纳米管复合材料的制备方法及以该材料为负极的锂离子电容器
CN106920989B (zh) 一种铜硒化合物为负极材料的钠离子电池
CN104716317B (zh) 一种钠离子电池NaxMnO2正极材料的合成方法
CN108933237B (zh) 一种锂离子电池正极材料的制备方法及应用
CN106410153B (zh) 一种氮化钛包覆钛酸镍复合材料及其制备方法和应用
CN112500577B (zh) 一种功能化金属-有机框架材料及其制备方法和应用
CN107792878B (zh) 一种分等级结构二氧化钛（b）的制备方法及其在锂离子电池中的应用
CN105789615A (zh) 一种改性镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法
CN105938905B (zh) 一种富氮掺杂改性多孔碳材料的制备方法
CN109830672A (zh) 一种MnO@氮掺杂多孔碳纳米复合物的制备方法及用途
CN109786682A (zh) 一种二硒化钼@氮掺杂碳十二面核体钠离子电池负极材料及其制备方法、钠离子电池
CN106887579A (zh) 碳包覆的磷酸钛钾纳米颗粒及其制备方法和应用
CN106992295B (zh) 一种单分散α-氧化铁纳米片的制备方法
CN106340400B (zh) 一种碳包覆正交晶系纳米棒状Nb2O5材料及其制备方法
CN109103429A (zh) 一种制备锂离子电池负极材料δ-MnO2/PPy的方法
CN106744776B (zh) 一种纯相磷酸钛锂正极材料的制备方法
CN108630916B (zh) 一种细菌纤维素负载钛铌氧复合材料及其制备方法和应用
CN111115618A (zh) 一种石墨烯/碳/氧化锡纳米复合材料及其制备方法和应用
CN105098157B (zh) Fe4[Fe(CN)6]3@Co3[Co(CN)6]2复合材料的制备方法及其应用
CN113148976B (zh) 一种生物质多孔硬碳材料及其制备方法和应用
CN105540658B (zh) 一种二氧化钛负极材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20181127