CN113937272B - 一种二氧化钛纳米复合材料、制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二氧化钛纳米复合材料、制备方法和应用，属于复合材料制备技术领域。本发明在水合氯化钌溶液中滴加NaOH溶液不断搅拌，调节pH至中性，NaCl溶液洗涤，干燥后得到水合二氧化钌粉末；将水合二氧化钌粉末与活性炭混合，加入粘结剂，得到氧化钌‑活性炭复合材料；将氧化钌‑活性炭复合材料分散于醇溶液，分批加入钛源，经超声分散和煅烧处理，得到二氧化钛纳米复合材料。本发明提供的二氧化钛纳米复合材料具有优异的电化学性能，用其制作的锂离子电池具有优异的循环稳定性和倍率性能，具有广泛的应用前景。

Description

一种二氧化钛纳米复合材料、制备方法和应用
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，特别是涉及一种二氧化钛纳米复合材料、制备方法和应用。
背景技术
二氧化钛具有催化活性高、比表面积大、光吸收性好、分散性好、无毒性、化学稳定性高等特点，被广泛作为光电催化剂应用于有机染料等有毒物质的光催化和光降解、构建生物传感器和制备新能源材料等领域。但是二氧化钛自身的导电性能相对较差，限制了其在电池制备领域中的应用。专利号CN109671920A公开了纳米金刚石与二氧化钛空心球复合电极材料，二氧化钛呈空心球状态，纳米金刚石粒呈现为颗粒状吸附在二氧化钛空心球表面，制备方法包括纳米金刚石的处理、强碱溶液的配制、高压釜中密封反应、煅烧等步骤，制备的产物晶粒尺寸小、结晶性好，但是该复合电极材料用于制备的电池的循环稳定性和倍率性能有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种二氧化钛纳米复合材料、制备方法和应用，以解决现有技术中电池的循环稳定性和倍率性能有待提升的问题，本发明提供的二氧化钛纳米复合材料具有优异的电化学性能，用其制作的锂离子电池具有优异的循环稳定性和倍率性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种二氧化钛纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在水合氯化钌溶液中滴加NaOH溶液不断搅拌，调节pH至中性，NaCl溶液洗涤，干燥后得到水合二氧化钌粉末；
(2)将水合二氧化钌粉末与活性炭混合，加入粘结剂，得到氧化钌-活性炭复合材料；
(3)将氧化钌-活性炭复合材料分散于醇溶液，分批加入钛源，经超声分散和煅烧处理，得到二氧化钛纳米复合材料。
进一步地，步骤(1)中所述水合氯化钌溶液的浓度为0.3～0.5mol/L，所述NaOH溶液的浓度为0.4～0.6mol/L，所述NaCl溶液的浓度为0.5～0.8mol/L；所述水合氯化钌溶液和NaCl溶液的体积比为(5～6):(1～3)。
进一步地，步骤(2)中所述水合二氧化钌粉末、活性炭和粘结剂的质量比为(5～8):(3～5):(1～2)。
进一步地，步骤(2)中所述粘结剂为聚乙烯醇、聚四氟乙烯和羧甲基纤维素钠中的任意一种。
进一步地，步骤(3)中所述醇溶液为无水乙醇，所述钛源为异丙醇钛、硫酸钛、硫酸氧钛和二氟氧钛中的任意一种。
进一步地，步骤(3)中所述氧化钌-活性炭复合材料、醇溶液和钛源的质量体积比为(5～6)g:(20～30)mL:(4～8)g；所述钛源分两次加入，第一次加入钛源总质量的1/4，搅拌10～15min，第二次加入剩余钛源，搅拌15～20min。
进一步地，步骤(3)中所述超声分散的时间为1～1.5h，所述煅烧以5～10℃/min的升温速率升温至800～850℃，保温10～20min。
本发明提供一种所述二氧化钛纳米复合材料的制备方法制备得到的二氧化钛纳米复合材料。
本发明还提供一种所述的二氧化钛纳米复合材料在锂离子电池制备中的应用。
本发明的技术效果如下：
本发明用粘结剂将水合二氧化钌粉末与活性炭结合，再加入钛源经超声分散和煅烧得到二氧化钛纳米复合材料。其中，二氧化钌与活性炭的比例影响着复合材料的性质，活性炭含量过高导致化学反应不易发生，使电极材料的电容特性下降，二氧化钌含量过高又会影响电极材料的阻抗特性，通过严格控制二者比例，电容特性和阻抗特性均处于最优状态，能够满足电池快速充放电性能的要求。通过将氧化钌-活性炭复合材料与钛源结合，钛源分批加入，有利于各物质之间充分反应，不仅弥补了二氧化钛自身导电性能较差的缺陷，而且这一复合材料用于制作的锂离子电池具有优异的循环稳定性和倍率性能，具有良好的应用前景。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
(1)在25mL水合氯化钌溶液(0.4mol/L)中滴加NaOH溶液(0.5mol/L)不断搅拌，调节pH至7，用10mL的NaCl溶液(0.6mol/L)洗涤1次，干燥后得到水合二氧化钌粉末；
(2)将水合二氧化钌粉末与活性炭混合，再加入聚乙烯醇混合均匀，水合二氧化钌粉末、活性炭和聚乙烯醇的质量比为6:4:2，得到氧化钌-活性炭复合材料；
(3)将氧化钌-活性炭复合材料分散于无水乙醇，分批加入硫酸钛，氧化钌-活性炭复合材料、无水乙醇和硫酸钛的质量体积比为5.5g:24mL:6g，第一次加入硫酸钛总质量的1/4，搅拌10min，第二次加入剩余硫酸钛，搅拌15min，超声分散1.5h，进行煅烧处理，以7℃/min的升温速率升温至820℃，保温15min，得到二氧化钛纳米复合材料。
实施例2
(1)在30mL水合氯化钌溶液(0.3mol/L)中滴加NaOH溶液(0.4mol/L)不断搅拌，调节pH至7，用5mL的NaCl溶液(0.5mol/L)洗涤1次，干燥后得到水合二氧化钌粉末；
(2)将水合二氧化钌粉末与活性炭混合，再加入聚四氟乙烯混合均匀，水合二氧化钌粉末、活性炭和聚四氟乙烯的质量比为5:5:1，得到氧化钌-活性炭复合材料；
(3)将氧化钌-活性炭复合材料分散于无水乙醇，分批加入异丙醇钛，氧化钌-活性炭复合材料、无水乙醇和异丙醇钛的质量体积比为5g:30mL:4g，第一次加入异丙醇钛总质量的1/4，搅拌15min，第二次加入剩余异丙醇钛，搅拌20min，超声分散1h，进行煅烧处理，以5℃/min的升温速率升温至800℃，保温20min，得到二氧化钛纳米复合材料。
实施例3
(1)在25mL水合氯化钌溶液(0.5mol/L)中滴加NaOH溶液(0.6mol/L)不断搅拌，调节pH至7，用15mL的NaCl溶液(0.8mol/L)洗涤2次，干燥后得到水合二氧化钌粉末；
(2)将水合二氧化钌粉末与活性炭混合，再加入羧甲基纤维素钠，水合二氧化钌粉末、活性炭和羧甲基纤维素钠的质量比为8:3:2，得到氧化钌-活性炭复合材料；
(3)将氧化钌-活性炭复合材料分散于无水乙醇，分批加入二氟氧钛，氧化钌-活性炭复合材料、无水乙醇和二氟氧钛的质量体积比为6g:20mL:8g，第一次加入二氟氧钛总质量的1/4，搅拌12min，第二次加入剩余二氟氧钛，搅拌18min，超声分散1.5h，进行煅烧处理，以10℃/min的升温速率升温至850℃，保温10min，得到二氧化钛纳米复合材料。
对比例1
同实施例1，区别在于，在50mL水合氯化钌溶液(0.4mol/L)中滴加NaOH溶液(0.5mol/L)，调节pH至6。
对比例2
同实施例1，区别在于，水合二氧化钌粉末、活性炭和聚乙烯醇的质量比为3:10:0.5。
对比例3
同实施例1，区别在于，氧化钌-活性炭复合材料、无水乙醇和硫酸钛的质量体积比为8g:15mL:2g。
对比例4
同实施例1，区别在于，步骤(3)中以5℃/min的升温速率升温至600℃，保温15min。
对比例5
同实施例1，区别在于，不添加水合二氧化钌粉末。
对比例6
同实施例1，区别在于，不添加活性炭。
对比例7
同实施例1，区别在于，钛源一次性加入，加入后搅拌10min。
试验例1
将80wt％二氧化钛纳米复合材料(实施例1～3和对比例1～7)、10wt％的聚偏氟乙烯和10wt％的炭黑混合研磨，添加10滴NMP搅拌均匀，将上述混合粘稠物涂于铜片上，置于真空干燥箱中，在100℃下干燥6h，得到锂离子电池负极，测试其用于锂离子电池(CR-2025型纽扣电池)的性能，倍率大小为0.5C，电压范围为1-2.5V，结果见表1。
表1
Figure BDA0003305292370000071
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在水合氯化钌溶液中滴加NaOH溶液不断搅拌，调节pH至中性，NaCl溶液洗涤，干燥后得到水合二氧化钌粉末；
(2)将水合二氧化钌粉末与活性炭混合，加入粘结剂，得到氧化钌-活性炭复合材料；
(3)将氧化钌-活性炭复合材料分散于醇溶液，分批加入钛源，经超声分散和煅烧处理，得到二氧化钛纳米复合材料；
步骤(2)中所述水合二氧化钌粉末、活性炭和粘结剂的质量比为(5～8):(3～5):(1～2)；
步骤(3)中所述氧化钌-活性炭复合材料、醇溶液和钛源的质量体积比为(5～6)g:(20～30)mL:(4～8)g；
步骤(3)中所述煅烧以5～10℃/min的升温速率升温至800～850℃，保温10～20min。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述水合氯化钌溶液的浓度为0.3～0.5mol/L，所述NaOH溶液的浓度为0.4～0.6mol/L，所述NaCl溶液的浓度为0.5～0.8mol/L；所述水合氯化钌溶液和NaCl溶液的体积比为(5～6):(1～3)。
3.根据权利要求1所述的一种二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述粘结剂为聚乙烯醇、聚四氟乙烯和羧甲基纤维素钠中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述醇溶液为无水乙醇，所述钛源为异丙醇钛、硫酸钛、硫酸氧钛和二氟氧钛中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述钛源分两次加入，第一次加入钛源总质量的1/4，搅拌10～15min，第二次加入剩余钛源，搅拌15～20min。
6.根据权利要求1所述的一种二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述超声分散的时间为1～1.5h。
7.一种如权利要求1～6任一项所述二氧化钛纳米复合材料的制备方法制备得到的二氧化钛纳米复合材料。
8.一种如权利要求7所述的二氧化钛纳米复合材料在锂离子电池制备中的应用。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109319832A (zh) * 2018-08-30 2019-02-12 中国石油天然气股份有限公司 一种线状多孔二氧化钛材料及其制备方法与应用

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005136397A (ja) * 2003-10-10 2005-05-26 Showa Denko Kk 活性炭及びそれを用いた電極材料並びに電気二重層キャパシタ
CN101814379A (zh) * 2010-04-28 2010-08-25 复旦大学 一种超级电容器
BR112014027173A2 (pt) * 2012-05-04 2017-06-27 Nano Now Pty Ltd material de eletrodo, e eletrodo
CN103137980A (zh) * 2013-02-28 2013-06-05 南京大学 一种碳纳米管基钯金属纳米复合催化材料、其制备方法和应用
CN111495359A (zh) * 2020-04-01 2020-08-07 浙江师范大学 一种用于氯化氢氧化制氯气的成型催化剂及其制备方法
CN111584844B (zh) * 2020-05-20 2021-07-06 佛山科学技术学院 一种二氧化钛纳米复合电极材料及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109319832A (zh) * 2018-08-30 2019-02-12 中国石油天然气股份有限公司 一种线状多孔二氧化钛材料及其制备方法与应用

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