CN113060761A - 一种用于快充式锂离子电池的锐钛矿相二氧化钛介晶材料的制备方法 - Google Patents

一种用于快充式锂离子电池的锐钛矿相二氧化钛介晶材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于快充式锂离子电池的锐钛矿相二氧化钛介晶材料的制备方法，其是采用溶剂热法，将硫酸钛溶于浓硫酸中制成硫酸钛的酸溶液，然后将其滴加到油胺和油酸丁酯的混合液中，经溶剂热反应后进行干燥、煅烧，制得所述锐钛矿相二氧化钛介晶材料。本发明制备的锐钛矿相二氧化钛介晶材料展现出接近理论容量的储锂性能，并且具有优异的倍率性能，与普通的锐钛矿二氧化钛相比具有与锂离子更高的固溶度，在首圈循环之后，锐钛矿相二氧化钛的晶格间距得到拓宽，可以很好的实现锂离子电池的的快充性，因而可用于制备快充式锂离子电池，并有良好的市场前景。

Description

一种用于快充式锂离子电池的锐钛矿相二氧化钛介晶材料的 制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种用于快充式锂离子电池的锐钛矿相二氧化钛介晶材料的制备方法。
背景技术
锐钛矿相二氧化钛作为一种稳定的锂离子电池负极材料，已经被广泛研究，然而由于其低的理论容量使得开发应用受到一定的限制。近些年，介晶材料因具有较大的比表面积、丰富的孔结构等特点受到广泛关注。本发明将锐钛矿相二氧化钛介晶材料应用在锂离子电池上，展现出接近理论容量的储锂性能，并且与普通的锐钛矿二氧化钛相比具有与锂离子更高的固溶度，在首圈循环之后，锐钛矿相二氧化钛的晶格间距得到拓宽，可以很好的实现锂离子电池的的快充性。而目前还未有锐钛矿相二氧化钛介晶材料能有效提升锂离子快充性能方面的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于快充式锂离子电池的锐钛矿相二氧化钛介晶材料的制备方法，其所得锐钛矿相二氧化钛介晶材料具有较高的储锂性能、固溶度，且在首圈循环之后，锐钛矿相二氧化钛的晶格间距得到拓宽，可以很好的实现锂离子电池的的快充性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于快充式锂离子电池的锐钛矿相二氧化钛介晶材料的制备方法，其包括如下步骤：
1）在超声搅拌条件下，将1.5 mmol Ti(SO4)2分散于10-20mL去离子水中，然后加入1-5 mL浓硫酸，得到硫酸钛的酸溶液；
2）将1-5mL油胺和5-10mL油酸丁酯加入到容积为50 mL的聚四氟乙烯内衬中，搅拌20-30 min后，逐滴加入硫酸钛的酸溶液，待完全滴加完毕后大力搅拌30-60 min；
3）将聚四氟乙烯内衬放置于高压反应釜中，在160 ℃反应8 h；
4）反应结束后，将反应釜冷却至室温，将沉淀物用乙醇和去离子水交替洗涤数次，然后在空气气氛、70 ℃条件下干燥12 h，接着将样品置于真空管式炉中，在Ar气氛下以10℃·min-1的速度加热至500 ℃，恒温2 h后，待真空管式炉自然冷却，即得到所述锐钛矿相二氧化钛介晶材料。
上述方法制备的锐钛矿相二氧化钛介晶材料可用于制备快充式锂离子电池，该锂离子电池的组装方法为：将锐钛矿相二氧化钛介晶材料、聚偏氟乙烯与乙炔黑按质量比70：20：10混合研磨后均匀地涂在铜箔上做负极，以金属锂为参比电极和对电极，1.0 M LiPF6的EC+DMC+EMC (EC/DMC/EMC=1/1/1 v/v)溶液为电解质进行组装。
本发明的显著优势在于：
本发明方法制备的锐钛矿相二氧化钛介晶材料展现出接近理论容量的储锂性能，与普通的锐钛矿二氧化钛相比，介晶结构的锐钛矿二氧化钛具有与锂离子更高的固溶度，在首圈循环之后，锐钛矿相二氧化钛的晶格间距得到拓宽，可以很好的实现锂离子的快速扩散，提高大倍率下的充放电性能，因而可用于制备快充式锂离子电池，并具有良好的市场前景。
附图说明
图1为实施例1制备的锐钛矿相二氧化钛介晶材料的XRD图
图2为实施例1制备的锐钛矿相二氧化钛介晶材料的透射电镜图。
图3为以实施例1制备的锐钛矿相二氧化钛介晶材料组装的锂离子电池的电化学性能图。
图4为以实施例1制备的锐钛矿相二氧化钛介晶材料组装的锂离子电池的稳定性能测试图。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
1）在超声搅拌条件下，将1.5 mmol Ti(SO4)2分散于10mL去离子水，然后加入2 mL浓硫酸，得到硫酸钛的酸溶液；
2）将2mL油胺和6mL油酸丁酯加入到容积为50 mL的聚四氟乙烯内衬中，搅拌20min后，逐滴加入硫酸钛的酸溶液，待完全滴加完毕后大力搅拌30 min；
3）将聚四氟乙烯内衬放置于对应的高压反应釜中，在160 ℃烘箱中反应8 h；
4）反应结束后，将反应釜冷却至室温，将沉淀物用乙醇和去离子水交替洗涤数次，然后在空气气氛、70 ℃的烘箱中干燥12 h，接着将样品置于真空管式炉中，在Ar气氛下以10 ℃·min-1的速度加热至500 ℃，恒温2 h后，待真空管式炉自然冷却，即得到锐钛矿相二氧化钛介晶材料。
图1、2分别为本实施例制备的锐钛矿相二氧化钛介晶材料（TOM）的XRD图和透射电镜图。从图1中可以明显的看到锐钛矿相二氧化钛的特征峰，而从图2中可以看到明显的介晶特性。
实施例2
1）在超声搅拌条件下，将1.5 mmolTi(SO4)2分散于15mL去离子水中，然后加入1 mL浓硫酸，得到硫酸钛的酸溶液；
2）将1mL油胺和5mL油酸丁酯加入到容积为50 mL的聚四氟乙烯内衬中，搅拌25min后，逐滴加入硫酸钛的酸溶液，待完全滴加完毕后大力搅拌40 min；
3）将聚四氟乙烯内衬放置于对应的高压反应釜中，在160 ℃烘箱中反应8 h；
4）反应结束后，将反应釜冷却至室温，将沉淀物用乙醇和去离子水交替洗涤数次，然后在空气气氛、70 ℃的烘箱中干燥12 h，接着将样品置于真空管式炉中，在Ar气氛下以10 ℃·min-1的速度加热至500 ℃，恒温2 h后，待真空管式炉自然冷却，即得到锐钛矿相二氧化钛介晶材料。
实施例3
1）在超声搅拌条件下，将1.5 mmolTi(SO4)2分散于20mL去离子水中，然后加入5 mL浓硫酸，得到硫酸钛的酸溶液；
2）将5mL油胺和8mL油酸丁酯加入到容积为50 mL的聚四氟乙烯内衬中，搅拌30min后，逐滴加入硫酸钛的酸溶液，待完全滴加完毕后大力搅拌60 min；
3）将聚四氟乙烯内衬放置于对应的高压反应釜中，在160 ℃烘箱中反应8 h；
4）反应结束后，将反应釜冷却至室温，将沉淀物用乙醇和去离子水交替洗涤数次，然后在空气气氛、70 ℃的烘箱中干燥12 h，接着将样品置于真空管式炉中，在Ar气氛下以10 ℃·min-1的速度加热至500 ℃，恒温2 h后，待真空管式炉自然冷却，即得到锐钛矿相二氧化钛介晶材料。
应用实施例
将实施例1制备的锐钛矿相二氧化钛介晶材料（TOM）与聚偏氟乙烯、乙炔黑按质量比70：20：10混合研磨后均匀地涂在铜箔上做负极，以金属锂为参比电极和对电极，1.0 MLiPF6的EC+DMC+EMC (EC/DMC/EMC=1/1/1 v/v)溶液为电解质组装成锂离子电池，同时以商品化锐钛矿相二氧化钛（TO）组装成锂离子电池作为对比，其电化学性能测试结果见图3（所有组装均在手套箱里进行）。
由图3可见，锐钛矿相二氧化钛介晶材料具有优于普通锐钛矿相二氧化钛的快充性能，其在20C（1C=168mA /g）的电流密度下，仍然有130 mA h/g的容量保持。
图4为以锐钛矿相二氧化钛介晶材料组装的锂离子电池的稳定性能测试图。由图4可见，其具有良好的稳定性。
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 (2)

1.一种用于快充式锂离子电池的锐钛矿相二氧化钛介晶材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）在超声搅拌条件下，将1.5 mmol Ti(SO4)2分散于10-20 mL去离子水中，然后加入1-5mL浓硫酸，得到硫酸钛的酸溶液；
2）将1-5mL油胺和5-10mL油酸丁酯加入到聚四氟乙烯内衬中，搅拌20-30 min后，逐滴加入硫酸钛的酸溶液，待完全滴加完毕后大力搅拌30-60 min；
3）将聚四氟乙烯内衬放置于高压反应釜中，在160 ℃反应8 h；
4）反应结束后，将反应釜冷却至室温，将沉淀物用乙醇和去离子水交替洗涤数次，然后在空气气氛、70 ℃条件下干燥12 h，接着将样品置于真空管式炉中，在Ar气氛下以10 ℃·min-1的速度加热至500 ℃，恒温2 h后，待真空管式炉自然冷却，即得到所述锐钛矿相二氧化钛介晶材料。
2.一种如权利要求1所述方法制备的锐钛矿相二氧化钛介晶材料在制备快充式锂离子电池中的应用。
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