CN111600008A - 一种二氧化钛钠离子电池负极材料制备方法 - Google Patents

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李彦娟
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Abstract

本发明公开了一种二氧化钛钠离子电池负极材料制备方法，包括以下步骤：(S1)将结构导向剂分散到有机溶剂中，搅拌至完全溶解后静置；(S2)将钛源加入到步骤S1中的溶液中混合均匀，然后进行清洗、烘干，获得无定型二氧化钛球；(S3)将无定型二氧化钛球分散到有机溶剂中，置于反应釜中进行热反应，反应完成后进行清洗、烘干，得到二氧化钛球；(S4)将二氧化钛球置于并在气体下进行热处理，得到二氧化钛负极材料。该制备方法制备出的二氧化钛钠离子电池负极材料具有优异快速充放电能力，在10C的快速充电过程中其可逆比容量还能达到164.7mAh g‑1。

Description

一种二氧化钛钠离子电池负极材料制备方法
技术领域
本发明涉及一种钠离子电池负极材料制备方法，更具体地，涉及一种二氧化钛钠离子电池负极材料制备方法。
背景技术
钠离子电池与锂离子电池具有相似的电化学性能，且钠元素在地壳中的含量丰富，高居地壳中金属元素储量排行的第四位，同时海洋中含有大量的钠，提取也非常的简单，因此开展钠离子电池相关工对维持能源的可持续发展有着重要的现实意义。电极材料是电池的“心脏”，获得高性能的电池的关键是寻找、制备出性能优异的电极材料。目前，钠离子电池通常采用石墨作为负极材料，但石墨的层间距不足以使钠离子进行稳定的脱嵌，导致电池的电化学性能较差。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种储钠能力好、具有快速充放电能力的二氧化钛钠离子电池负极材料制备方法。
技术方案：本发明所述的二氧化钛钠离子电池负极材料制备方法，包括以下步骤：
(S1)将结构导向剂分散到有机溶剂中，搅拌至完全溶解后静置；
(S2)将钛源加入到步骤S1中的溶液中混合均匀，然后进行清洗、烘干，获得无定型二氧化钛球；
(S3)将无定型二氧化钛球分散到有机溶剂中，置于反应釜中进行热反应，反应完成后进行清洗、烘干，得到二氧化钛球；
(S4)将二氧化钛球置于并在气体下进行热处理，得到二氧化钛负极材料。
其中，步骤S1中结构导向剂为0.1～1g，有机溶剂为50～500mL，结构导向剂为十二烷基胺、十三烷基胺、十六烷基胺、双十二烷基胺、双十一烷基胺、三(十一烷基)胺、双(十八烷基)羟胺、N,N-双十八烷基甲胺、N,N-双十二烷基甲胺、2-(1-吡咯烷基)苄胺中的一种或者几种；步骤S1和步骤S3中的有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丙三醇、丙酮、甲苯、二甲苯中的一种或者几种；步骤S2中钛源为钛源为0.1～5mL，钛源为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、乙酰丙酮氧钛、甲酚钛、异丁氧基钛、钛酸四正丙酯、二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯、异辛醇钛、双环戊二烯基二甲基四叔丁基钛酸酯、三异丙醇甲基钛中的一种或者几种；步骤S3中的热反应温度为100-220℃，反应时间为0.5-20h，无定型二氧化钛球为0.1～10g，溶剂为10～100mL；步骤S4中气体为氩气、氩气/氢气混合气、氨气中的一种或者几种，热处理温度为300-1000℃。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：该制备方法制备出的二氧化钛钠离子电池负极材料具有优异快速充放电能力，在10C的快速充电过程中其可逆比容量还能达到164.7mAh g-1。
附图说明
图1是本发明制备出的二氧化钛钠离子电池负极材料的扫描电镜图；
图2是本发明制备出的二氧化钛钠离子电池负极材料的电化学性能测试图。
具体实施方式
实施例1
(S1)将0.4g十六烷基胺加入到160mL乙醇中搅拌均匀得到混合溶液；
(S2)将0.9mL钛酸四丁酯加入到步骤S1中的混合溶液，强力搅拌后，室温静置15h，然后用乙醇离心洗涤3次，60℃真空气氛下烘干，得到无定型二氧化钛；
(S3)将0.5g的无定型二氧化钛微球首先分散在由20mL乙醇和10mL去离子水组成的混合溶液中，然后装入反应釜放入到高温烘箱中，160℃反应90min，将反应釜取出后，冷却至室温，打开反应釜，用乙醇离心洗涤3次，60℃真空气氛下烘干，得到二氧化钛球；
(S4)将二氧化钛球在氩气气氛下550℃烧结2小时，即得到二氧化钛负极材料从图1中可以看出二氧化钛材料为单分散性非常好的球形材料，球的大小为～500nm，每一个球是由20nm的小颗粒所组成。
将金属钠片作为对电极，二氧化钛负极材料为工作电极，1M NaPF6溶解于1：1的碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯溶液为电解液，测试其电学性能，从图2可以看出材料的可逆比容量较稳定且表现出良好的倍率性能。即使在10C倍率电流下其可逆比容量还能达到164.7mAhg-1。
实施例2
(S1)将1g十六烷基胺到500mL乙醇中搅拌均匀得到混合溶液；
(S2)将5mL钛酸四丁酯加入到步骤S1中的混合溶液，强力搅拌后，室温静置15h，然后用乙醇离心洗涤3次，60℃真空气氛下烘干，得到无定型二氧化钛；
(S3)将10g的无定型二氧化钛微球首先分散在由75mL乙醇和25mL去离子水组成的混合溶液中，然后装入反应釜放入到高温烘箱中，220℃反应0.5h，将反应釜取出后，冷却至室温，打开反应釜，用乙醇离心洗涤3次，60℃真空气氛下烘干，得到二氧化钛球；
(S4)将二氧化钛球在氩/氢混合气体下300℃烧结2小时，即得到二氧化钛负极材料，氩/氢体积比为90/10。
实施例3
(S1)将0.1g十六烷基胺加入到50mL乙醇中搅拌均匀得到混合溶液；
(S2)将0.1mL钛酸四丁酯加入到步骤S1中的混合溶液，强力搅拌后，室温静置15h，然后用乙醇离心洗涤3次，60℃真空气氛下烘干，得到无定型二氧化钛；
(S3)将0.1g的无定型二氧化钛微球首先分散在由7mL乙醇和3mL去离子水组成的混合溶液中，然后装入反应釜放入到高温烘箱中，150℃反应10h，将反应釜取出后，冷却至室温，打开反应釜，用乙醇离心洗涤3次，60℃真空气氛下烘干，得到二氧化钛球；
(S4)将二氧化钛球氨气气体下1000℃烧结2小时，即得到二氧化钛负极材料。
实施例4
(S1)将0.1g十六烷基胺加入到45mL乙醇中搅拌均匀得到混合溶液；
(S2)将0.1mL钛酸四丁酯加入到步骤S1中的混合溶液，强力搅拌后，室温静置15h，然后用乙醇离心洗涤3次，60℃真空气氛下烘干，得到无定型二氧化钛；
(S3)将0.1g的无定型二氧化钛微球首先分散在由7mL乙醇和3mL去离子水组成的混合溶液中，然后装入反应釜放入到高温烘箱中，150℃反应10h，将反应釜取出后，冷却至室温，打开反应釜，用乙醇离心洗涤3次，60℃真空气氛下烘干，得到二氧化钛球；
(S4)将二氧化钛球氨气气体下1000℃烧结2小时，即得到二氧化钛负极材料。
实施例5
(S1)将0.1g十六烷基胺加入到55mL乙醇中搅拌均匀得到混合溶液；
(S2)将0.1mL钛酸四丁酯加入到步骤S1中的混合溶液，强力搅拌后，室温静置15h，然后用乙醇离心洗涤3次，60℃真空气氛下烘干，得到无定型二氧化钛；
(S3)将0.1g的无定型二氧化钛微球首先分散在由7mL乙醇和3mL去离子水组成的混合溶液中，然后装入反应釜放入到高温烘箱中，150℃反应10h，将反应釜取出后，冷却至室温，打开反应釜，用乙醇离心洗涤3次，60℃真空气氛下烘干，得到二氧化钛球；
(S4)将二氧化钛球氨气气体下1000℃烧结2小时，即得到二氧化钛负极材料。

Claims (10)

1.一种二氧化钛钠离子电池负极材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(S1)将结构导向剂分散到有机溶剂中，搅拌至完全溶解后静置；
(S2)将钛源加入到步骤S1中的溶液中混合均匀，然后进行清洗、烘干，获得无定型二氧化钛球；
(S3)将无定型二氧化钛球分散到有机溶剂中，置于反应釜中进行热反应，反应完成后进行清洗、烘干，得到二氧化钛球；
(S4)将二氧化钛球置于并在气体下进行热处理，得到二氧化钛负极材料。
2.根据权利要求1所述的二氧化钛钠离子电池负极材料制备方法，其特征在于，所述步骤S1中结构导向剂质量与有机溶剂体积比为1：450～550。
3.根据权利要求1所述的二氧化钛钠离子电池负极材料制备方法，其特征在于，所述步骤S1中结构导向剂为十二烷基胺、十三烷基胺、十六烷基胺、双十二烷基胺、双十一烷基胺、三(十一烷基)胺、双(十八烷基)羟胺、N,N-双十八烷基甲胺、N,N-双十二烷基甲胺、2-(1-吡咯烷基)苄胺中的一种或者几种。
4.根据权利要求1所述的二氧化钛钠离子电池负极材料制备方法，其特征在于，所述步骤S1和步骤S3中的有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丙三醇、丙酮、甲苯、二甲苯中的一种或者几种。
5.根据权利要求1所述的二氧化钛钠离子电池负极材料制备方法，其特征在于，所述步骤S2中钛源为0.1～5mL。
6.根据权利要求1所述的二氧化钛钠离子电池负极材料制备方法，其特征在于，所述步骤S2中钛源为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、乙酰丙酮氧钛、甲酚钛、异丁氧基钛、钛酸四正丙酯、二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯、异辛醇钛、双环戊二烯基二甲基四叔丁基钛酸酯、三异丙醇甲基钛中的一种或者几种。
7.根据权利要求1所述的二氧化钛钠离子电池负极材料制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的热反应温度为100-220℃，反应时间为0.5-20h。
8.根据权利要求1所述的二氧化钛钠离子电池负极材料制备方法，其特征在于，所述步骤S3中无定型二氧化钛球为0.1～10g，溶剂为10～100mL。
9.根据权利要求1所述的二氧化钛钠离子电池负极材料制备方法，其特征在于，所述步骤S4中气体为氩气、氩气/氢气混合气、氨气中的一种或者几种。
10.根据权利要求1所述的二氧化钛钠离子电池负极材料制备方法，其特征在于，所述步骤S4中热处理温度为300-1000℃。
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