CN111484073B - 一种离子液体辅助制备空心纳米棒二氧化钛负极材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离子液体辅助制备空心纳米棒二氧化钛负极材料的方法，称取硫酸氧钛加入无水乙醇中，搅拌得到悬浮液A；量取1‑丁基‑3‑甲基咪唑四氟硼酸盐加入悬浮液A中，在室温下搅拌至完全分散，得到混合均匀的悬浮液B；将悬浮液B采用溶剂热法进行反应；将反应产物过滤，并用去离子水清洗若干次，然后干燥，干燥后的白色粉末经煅烧后，得到空心纳米棒二氧化钛负极材料。本发明不仅解决了颗粒结构易团聚的问题，还有利于电解液的渗透和离子传输，制备的空心纳米棒二氧化钛负极材料表现出优异的电化学性能。

Description

一种离子液体辅助制备空心纳米棒二氧化钛负极材料的方法
技术领域
本发明属于无机材料制备技术领域，具体涉及一种离子液体辅助制备空心纳米棒二氧化钛负极材料的方法。
背景技术
锂离子电池具有比容量大、循环寿命长、工作电压高、容量高、体积小和等优点，广泛应用于手机、笔记本电脑等便携式电子设备，研发具有高比容量、高安全性和环境友好型的绿色电极材料成为研究热点，同时对人们生活水平的提高和社会的发展都具有深远意义。
过渡金属氧化物TiO2因其储量丰富、容易制备、安全稳定等优点从而获得广泛关注。TiO2作为锂离子电池负极材料时，离子嵌入脱出过程体积变化小，使电池具有良好的循环稳定性。然而，TiO2是一种半导体材料，具有导电性差和离子传输速率慢等问题，限制了其作为锂钠离子电池电极材料的应用。同时，现有的TiO2制备技术具有制备工艺复杂、成本高和粒子易团聚等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离子液体辅助制备空心纳米棒二氧化钛负极材料的方法，以克服纳米颗粒结构TiO2作为负极材料时易团聚的缺陷，本发明不仅解决了颗粒结构易团聚的问题，还有利于电解液的渗透和离子传输，制备的空心纳米棒二氧化钛负极材料表现出优异的电化学性能。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种离子液体辅助制备空心纳米棒二氧化钛负极材料的方法，包括以下步骤：
1)称取硫酸氧钛加入无水乙醇中，搅拌得到悬浮液A；
2)量取1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐加入步骤1)中的悬浮液A中，在室温下搅拌至完全分散，得到混合均匀的悬浮液B；
3)将步骤2)的悬浮液B采用溶剂热法进行反应；
4)将步骤3)得到的产物过滤，并用去离子水清洗若干次，然后干燥，干燥后的白色粉末经煅烧后，得到空心纳米棒二氧化钛负极材料。
进一步地，步骤1)中每50mL无水乙醇中加入2.0g硫酸氧钛。
进一步地，步骤2)中1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐与步骤1)中无水乙醇的体积比为(0.5～1.5)：50。
进一步地，步骤2)中将悬浮液B采用溶剂热法进行反应具体为：将悬浮液B加入聚四氟乙烯内衬中，并将内衬放置在不锈钢外釜中，整体放入鼓风烘箱中，反应温度为180℃，反应时间为24h。
进一步地，步骤4)中干燥温度为80℃，干燥时间为24h。
进一步地，步骤4)中煅烧温度为450℃，煅烧时间为2h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过离子液体辅助溶剂热法制备TiO2，制备工艺简单，制备过程无毒无害，绿色环保，通过调节离子液体的体积可得到空心纳米棒的TiO2，添加离子液体前，合成的TiO2为颗粒，易团聚形成致密的块状。适量的离子液体的加入有获利于锐钛矿相TiO2的结晶和生长，且能够使之前易发生团聚的TiO2颗粒自组装成分散性较好的空心纳米短棒，得的一维棒状结构不仅解决了颗粒结构易团聚的问题，还有利于电解液的渗透和离子传输，表现出优异的电化学性能，得到具有良好应用前景的锂离子电池负极材料。
附图说明
图1为实施例2制备的空心纳米棒二氧化钛负极材料的SEM图；
图2为实施例1、2、3制备的空心纳米棒二氧化钛负极材料的倍率图。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
一种离子液体辅助制备空心纳米棒二氧化钛负极材料的方法，包括以下步骤：
1)称取2.0g硫酸氧钛加入于50mL无水乙醇中，搅拌5min得到乳白色的悬浮液。
2)量取0.5～1.5mL的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐加入步骤1)中的悬浮液中，在室温下搅拌30min至完全分散，得到混合均匀的悬浮液。
3)将步骤2)的悬浮液加入聚四氟乙烯内衬中，并将内衬放置在不锈钢外釜中，放入鼓风烘箱中，反应温度为180℃，反应时间为24h。
4)将步骤3)得到的白色沉淀过滤，并用去离子水清洗三次，然后在80℃下干燥，干燥时间为24h。干燥后的白色粉末在马弗炉中450℃煅烧2h，得到空心纳米棒TiO2负极材料。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
1)称取2.0g硫酸氧钛加入于50mL无水乙醇中，搅拌5min得到乳白色的悬浮液。
2)量取0.5mL的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐加入步骤1)中的悬浮液中，在室温下搅拌30min至完全分散，得到混合均匀的悬浮液。
3)将步骤2)的悬浮液加入聚四氟乙烯内衬中，并将内衬放置在不锈钢外釜中，放入鼓风烘箱中，反应温度为180℃，反应时间为24h。
4)将步骤3)得到的白色沉淀过滤，并用去离子水清洗三次，然后在80℃下干燥，干燥时间为24h。干燥后的白色粉末在马弗炉中450℃煅烧2h，得到空心纳米棒TiO2。
将制备的TiO2与乙炔黑和粘结剂(PVDF)按质量比为8：1：1混合制作负极，将电极片转移至惰性气氛的手套箱中进行组装电池，将组装的电池进行电化学性能测试。
实施例2
1)称取2.0g硫酸氧钛加入于50mL无水乙醇中，搅拌5min得到乳白色的悬浮液。
2)量取1.0mL的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐加入步骤1)中的悬浮液中，在室温下搅拌30min至完全分散，得到混合均匀的悬浮液。
3)将步骤2)的悬浮液加入聚四氟乙烯内衬中，并将内衬放置在不锈钢外釜中，放入鼓风烘箱中，反应温度为180℃，反应时间为24h。
4)将步骤3)得到的白色沉淀过滤，并用去离子水清洗三次，然后在80℃下干燥，干燥时间为24h。干燥后的白色粉末在马弗炉中450℃煅烧2h，得到空心纳米棒TiO2。
将制备的TiO2与乙炔黑和粘结剂(PVDF)按质量比为8：1：1混合制作负极，将电极片转移至惰性气氛的手套箱中进行组装电池，将组装的电池进行电化学性能测试。
实施例3
1)称取2.0g硫酸氧钛加入于50mL无水乙醇中，搅拌5min得到乳白色的悬浮液。
2)量取1.5mL的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐加入步骤1)中的悬浮液中，在室温下搅拌30min至完全分散，得到混合均匀的悬浮液。
3)将步骤2)的悬浮液加入聚四氟乙烯内衬中，并将内衬放置在不锈钢外釜中，放入鼓风烘箱中，反应温度为180℃，反应时间为24h。
4)将步骤3)得到的白色沉淀过滤，并用去离子水清洗三次，然后在80℃下干燥，干燥时间为24h。干燥后的白色粉末在马弗炉中450℃煅烧2h，得到空心纳米棒TiO2。
将制备的TiO2与乙炔黑和粘结剂(PVDF)按质量比为8：1：1混合制作负极，将电极片转移至惰性气氛的手套箱中进行组装电池，将组装的电池进行电化学性能测试。
由图1可以看出，本发明制备的TiO2是由纳米颗粒构成的空心棒状结构，短棒的直径为1～2μm，长度为10μm，且尺寸均一，团聚少，分散性好。
由图2可以看出，随着离子液体的增加，实施例1、2、3所制备样品的初始比容量具有明显的上升。当测试电压为0.1V～3.0V，电流密度为0.1Ag-1时，三个实施案例制备的样品的比容量均在150mAhg-1以上，随着电流密度的增加，电池比容量依序缓慢下降，当电流密度降为0.1Ag-1时，比容量仍可以达到130mAhg-1，证明该材料具有优异的电化学性能。

Claims (4)

1.一种离子液体辅助制备空心纳米棒二氧化钛负极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)称取硫酸氧钛加入无水乙醇中，搅拌得到悬浮液A；
2)量取1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐加入步骤1)中的悬浮液A中，在室温下搅拌至完全分散，得到混合均匀的悬浮液B；
3)将步骤2)的悬浮液B加入聚四氟乙烯内衬中，并将内衬放置在不锈钢外釜中，整体放入鼓风烘箱中，反应温度为180℃，反应时间为24h；
4)将步骤3)得到的产物过滤，并用去离子水清洗若干次，然后干燥，干燥后的白色粉末经煅烧后，煅烧温度为450℃，煅烧时间为2h，得到空心纳米棒二氧化钛负极材料。
2.根据权利要求1所述的一种离子液体辅助制备空心纳米棒二氧化钛负极材料的方法，其特征在于，步骤1)中每50mL无水乙醇中加入2.0g硫酸氧钛。
3.根据权利要求2所述的一种离子液体辅助制备空心纳米棒二氧化钛负极材料的方法，其特征在于，步骤2)中1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐与步骤1)中无水乙醇的体积比为(0.5～1.5)：50。
4.根据权利要求1所述的一种离子液体辅助制备空心纳米棒二氧化钛负极材料的方法，其特征在于，步骤4)中干燥温度为80℃，干燥时间为24h。
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