本发明专利技术设计一种利用纳米微反应器制备锂离子电池负极材料单分散纳米晶钛酸锂（Li4Ti5O12）的方法，对单分散的TiO2用有机酸进行涂层，将正硅酸四乙酯（TEOS）加入含有表面活性剂的水/乙醇溶液中；将涂有有机酸的TiO2分散于上述溶液中，TEOS在油—水/乙醇界面发生水解、缩合反应，将中空的TiO2@SiO2核壳结构与锂盐充分混合，800-1000℃煅烧形成；将Li4Ti5O12@Li2SiO3溶于热NaOH溶液中，形成单分散纳米晶Li4Ti5O12。在制备过程中利用中空介孔二氧化硅作为纳米微反应器，能够调控颗粒的大小、形貌、防止颗粒团聚，进而可以提高材料的电化学性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设计一种纳米微反应器，特别是利用一种纳米微反应器制备锂离子电池负极材料单分散纳米晶钛酸锂。
技术介绍
随着更小、更轻和更高性能的电子和通讯设备的迅速发展，人们对为这些设备提供电源的电池性能尤其对比能量提出了越来越高的要求。但是，目前已商品化的锂离子电池和MH/Ni电池的比容量已经很难继续提高。因此，迫切需要开发比能量更高的电池。锂离子二次电池作为高比能量化学电源已经广泛应用于移动通讯、笔记本电脑、摄像机、照相机、便携式仪器仪表等领域，迅速发展成为目前最重要的二次电池之一。锂离子电池作为最新一代的绿色高能蓄电池，于20世纪90年代初迅速发展起来，锂离子电池因其电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点倍受青睐。目前，商业化的锂离子电池负极材料大多数采用碳负极材料，但是碳负极材料存在一些缺陷:首次放电过程中与电解液发生反应形成表面钝化膜，导致电解液的消耗和首次库伦效率较低；碳电极与金属锂的电极电位相近，在电池过充电时，仍可能会在碳电极表面析出金属锂，而形成枝晶造成短路，引发安全问题等。寻找新型的锂离子负极材料成为研究的热点。尖晶石型的钛酸锂是一种零应变材料，循环性能好、不与电解液反应、充放电电压平台比较平稳、安全性较高、价格低廉且比较容易制备，是很有潜力的动力型锂离子电池负极材料。同时，该材料也存在一些缺点，Li4Ti5012的电导率很低，近乎绝缘，高倍率下的性能较差，若应用于动力车、大型储能电池等领域就会受到极大的限制。因而，针对Li4Ti5012材料导电性差的缺点，提高其电导率和高倍率性能的研究显得尤为重要。目前，常用的改性方法是将其纳米化、包覆或是掺杂，以此来初步提升电极性能。制备纳米化的Li4Ti5012，减小了材料颗粒的大小，缩短Li+的扩散路径、减小Li+的扩散阻力、减缓电极极化的目的，以此来提高了材料的电化学性能，但是纳米化颗粒在充放电过程中容易发生团聚。随着充放电进行过程，材料的电化学性能会下降。本专利技术利用单分散的Ti02制备单分散纳米晶Li 4Ti5012，通过溶胶-凝胶法TE0S水解、缩合形成中空的Ti02@Si02核壳结构，中空的介孔二氧化硅球作为纳米微反应器，然后通过锂化过程和热碱腐蚀硅酸盐过程，最终制备单分散纳米晶Li4Ti5012，在制备过程中利用中空介孔二氧化硅球纳米微反应器，能够调控颗粒的大小、形貌、防止颗粒团聚，进而可以提高材料的电化学性能。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提供一种利用纳米微反应器制备单分散的纳米晶钛酸锂的方法，防止在锂离子电池充放电过程中颗粒发生团聚，进一步提高材料的电化学性能。一种，其特征在于，该方法的具体步骤为: (1)对0.05 mol单分散的Ti02用有机酸进行涂层，使每个单分散T1 2颗粒被有机酸均匀包覆； (2)将0.1 mol正硅酸四乙酯(TE0S)加入含有表面活性剂的水/乙醇溶液中； (3)将涂有有机酸的Ti02分散于上述溶液中，TE0S在油一水/乙醇界面发生水解、缩合反应，形成中空的1102略102核壳结构； (4)将中空的Ti02@Si02核壳结构与锂盐充分混合，800-1000°C煅烧形成Li4Ti5012iLi2Si03； (5)将Li4Ti5012@Li2Si03溶于热NaOH溶液中，形成单分散纳米晶Li4Ti5012。所述的有机酸为油酸、月桂酸、亚油酸中的一种或其组合。所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基氧化胺中的一种或其组合。所述的水和乙醇的体积比为1: (0.1-0.5)。所述的锂盐为硝酸锂、氯化锂、醋酸锂、柠檬酸锂、草酸锂、甲酸锂、乳酸锂或异丙醇锂中的一种或其组合。有益效果: 本专利技术利用单分散的Ti02制备单分散纳米晶Li 4Ti5012，通过溶胶-凝胶法TE0S水解、缩合形成中空的Ti02@Si02核壳结构，中空的介孔二氧化硅球作为纳米微反应器，然后通过锂化过程和热碱腐蚀硅酸盐过程，最终制备单分散纳米晶Li4Ti5012，在制备过程中利用中空核壳结构纳米微反应器，能够调控颗粒的大小、形貌、防止颗粒团聚，进而可以提高材料的电化学性能。【附图说明】图1为实施例1 Li4Ti5012材料的XRD图; 图2为实施例2 Li4Ti5012材料不同倍率下的充放电曲线图； 图3为实施例2 Li4Ti5012#料的倍率性能图。【具体实施方式】本专利技术通过下面具体实例进行详细的描述，但是本专利技术的保护范围不受限于这些实施例子。实施例一: 对0.05 mol单分散的Ti02用油酸进行涂层，使每个单分散T1 2颗粒被油酸均匀包覆；将0.1 mol TE0S加入含有十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂的水/乙醇(体积比为1:0.1)溶液中；将涂有油酸的Ti02分散于上述溶液中，TE0S在油一水/乙醇界面发生水解、缩合反应，形成中空的打02略102核壳结构；将中空的Ti02@Si02核壳结构与醋酸锂充分混合，800°C煅烧形成Li4Ti5012@Li2Si03;将Li 4Ti5012@Li2Si03溶于热NaOH溶液中，最终形成单分散纳米晶Li4Ti5012。中空的介孔二氧化硅球作为纳米微反应器，不仅能够阻止在煅烧过程中Li4Ti5012&生团聚，而且提供醋酸锂扩散与T1 2在空心球中反应的气孔；图1为单分散纳米晶1^4115012的XRD图，合成产物Li 4115012的XRD图各衍射峰的位置和相对强度均与Li4Ti5012的标准卡片相吻合。实施例二: 对0.05 mol单分散的Ti02用亚油酸进行涂层，使每个单分散T1 2颗粒被亚油酸均匀包覆；将0.1 mol TE0S加入含有十二烷基二甲基氧化胺表面活性剂的水/乙醇(体积比为1:0.5)溶液中；将涂有亚油酸的Ti02分散于上述溶液中，TE0S在油一水/乙醇界面发生水解、缩合反应，形成中空的打02略102核壳结构；将中空的1102略102核壳结构与硝酸锂充分混合，900°C煅烧形成Li4Ti5012@Li2Si03;将Li 4Ti5012@Li2Si03溶于热NaOH溶液中，最终形成单分散纳米晶Li4Ti5012。图2为Li4Ti5012材料在1-40 C不同倍率下的充放电曲线图，由图可见，所合成的材料具有优异的充放电平台和较高的可逆容量，0.5 C时放电容量可达178 mAh/g左右，充放电平台非常平坦，显示出较好的嵌锂性能。图3为不同倍率下该样品的放电循环曲线，由图可见，该材料在高倍率下拥有更高的放电容量，同时其经过多次循环后，容量损失也很小，表现了稳定的循环性能。实施例三: 对0.05 mol单分散的Ti02用月桂酸进行涂层，使每个单分散T1 2颗粒被月桂酸均匀包覆；将0.1 mol TE0S加入含有十二烷基二甲基氧化胺表面活性剂的水/乙醇(体积比为1:0.5)溶液中；将涂有月桂酸的Ti02分散于上述溶液中，TE0S在油一水/乙醇界面发生水解、缩合反应，形成中空的打02略102核壳结构；将中空的1102略102核壳结构与硝酸锂充分混合，1000°C煅烧形成Li4Ti5012@Li2Si03;将Li 4Ti5012@Li2Si03溶于热NaOH溶液中，最终形成单分散纳米晶Li4本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用纳米微反应器制备负极材料单分散纳米晶钛酸锂的方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：（1）对0.05 mol单分散的TiO2用有机酸进行涂层，使每个单分散TiO2颗粒被有机酸均匀包覆；（2）将0.1 mol正硅酸四乙酯（TEOS）加入含有表面活性剂的水/乙醇溶液中；（3）将涂有有机酸的TiO2分散于上述溶液中，TEOS在油—水/乙醇界面发生水解、缩合反应，形成中空的TiO2@SiO2核壳结构；（4）将中空的TiO2@SiO2核壳结构与锂盐充分混合，800‑1000℃煅烧形成Li4Ti5O12@Li2SiO3；（5）将Li4Ti5O12@Li2SiO3溶于热NaOH溶液中，形成单分散纳米晶Li4Ti5O12。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：何丹农，吴晓燕，董亚梅，童琴，张春明，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。