一种一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag的复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂电子电池领域，具体涉及一种一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag的复合材料及其制备方法，其中方法包括以下步骤：S10，制备前驱体产物钛酸纳米线/AgOH的复合材料；S20，制备前驱体产物纳米线钛酸/AgO的复合材料；S30，对所制得的前驱体产物纳米线钛酸/AgO的复合材料进行热处理，得到一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag的复合材料。本发明专利技术的方法，反应所需温度不高，具有环境友好性，操作简便的优点，所需原料来源丰富，价格低廉，制得的材料结晶性好，尺寸均匀的线状材料相互交错，有利于锂离子的传输。

【技术实现步骤摘要】
一种一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag的复合材料及其制备方法
本专利技术属于锂电子电池领域，具体涉及一种一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag的复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着电动汽车与电动自行车的发展，对锂离子电池的循环性能，倍率性能以及容量的要求也越来越高。目前商用锂离子电池的负极材料主要为石墨，其理论比容量为372mAhg-1,但是较为一般的倍率性能制约了其在快速充电方面的应用，因此有必要研究更高性能的负极材料。青铜晶型二氧化钛自合成以来，就一直被寄予厚望来替代石墨作为锂离子电池负极材料。但较低比容量，使得它很难被单独使用，制备青铜晶型二氧化钛复合材料是解决其比容量较低的一条重要途径。青铜晶型二氧化钛具有化学性质稳定、高孔隙率、高的比表面积等特点。因此，有很多制备纳米青铜晶型二氧化钛的文献，并显示出了良好电化学性能，但其制备过程复杂，对实验设备要求较高。通过硝酸银为原料与二氧化钛复合，结合Ag优良的导电性与青铜晶型二氧化钛纳米线在一维方向的优点以及其材料本身结构的稳定性，从而可以进一步提高青铜晶型二氧化钛材料的电子传输性能。因此，该种复合材料可以提升循环性能，倍率性能以及比容量。现有的制备方法多数使用二氧化钛与石墨烯复合，但石墨烯价格昂贵，制备成本难以承受，如果在缩减较少成本的情况下自己制备石墨烯，会延长制备周期，相应的增加时间成本，并且成功率低。针对以上的不足，本专利技术实施例采用硝酸银与锐钛矿为原料，通过水热法制备出一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag的复合材料。较高温度较长时间的水热反应会形成形状规整的一维青铜晶型线状纳米二氧化钛，并且较少量的硝酸银附着于纳米线表面能极大的提升电子的传输效率从而提升材料的电化学性能。水热法本身的高反应活性，低的能量需求，相对无污染以及简单、易操作而被广泛采用。并且可以通过调节水热反应温度来调节最终产物的形貌，得到的纳米线具有较高的比表面积，能极大的发挥二氧化钛纳米线在一维上的优异性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag的复合材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag的复合材料的制备方法，，包括以下步骤：S10，制备前驱体产物钛酸纳米线/AgOH的复合材料；S20，制备前驱体产物纳米线钛酸/AgO的复合材料；S30，对所制得的前驱体产物纳米线钛酸/AgO的复合材料进行热处理，得到一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag的复合材料。优选地，S10包括如下步骤：S101，配置一定浓度的NaOH溶液，S102，称量一定质量的锐钛矿(TiO2)以及硝酸银(AgNO3)加入到NaOH溶液中并搅拌2～3小时得到混合溶液，将混合溶液倒入水热反应釜；S103，在一定温度下反应一定时间，冷却至室温，从水热反应釜中取出反应物，得到前驱体产物钛酸纳米线/AgOH的复合材料。优选地，S20包括如下步骤：S201，前驱体产物钛酸纳米线/AgOH的复合材料与一定量的稀盐酸溶液混合使得PH小于7，静置24～30小时，S202，将静止后的产物用蒸馏水进行离心清洗至PH等于7，置入烘箱中70℃～80℃干燥12-36小时，得到前驱体产物纳米线钛酸/AgO的复合材料。优选地，S30，具体包括：将制得的前驱体产物纳米线钛酸/AgO的复合材料碾磨成粉状并置于试管炉中，将试管炉升温目标设定位400℃～420℃，升温速率为3-8℃/min，并在目标温度恒温保持1～3小时，自然降温，得到一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag的复合材料。优选地，S103中，混合溶液在水热反应釜中的填充度为80％～90％，180℃～200℃下保温60～84小时后冷却至室温。优选地，锐钛矿(TiO2)相对于NaOH溶剂的摩尔比为0.023-0.069mol/L。优选地，S101，NaOH溶液的浓度为10mol/L～12mol/L。优选地，量取的锐钛矿(TiO2)与硝酸银(AgNO3)的摩尔质量比为30：1～10：1。本专利技术的又一目的在于提供由以上方法制备的一种一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag的复合材料，由尺寸均匀的青铜晶型二氧化钛组成，表面附着Ag元素，在作为锂电池负极时，复合的银离子能更有效的提升纳米材料的导电性，而青铜晶型二氧化钛本身的结构稳定性赋予了电极出色的倍率性能。优选地，纳米线宽度在150nm～250nm，长度为5-15μm。采用本专利技术具有如下的有益效果：1、利用水热法合成前驱体纳米线状钛酸/AgO的制备方法简单，反应所需温度不高，具有环境友好性，操作简便的优点，所需原料来源丰富，价格低廉，制得的材料结晶性好，尺寸均匀的线状材料相互交错，有利于锂离子的传输。2、一维青铜晶型纳米线状二氧化钛本身具有高比表面积，阳极材料与电解液之间的充分接触便利了锂离子的嵌入与脱出，并且，一维纳米线的结构能够缓解纳米材料的团聚，青铜晶型二氧化钛本身具有出色的结构稳定性，因而提升了锂电池的倍率性能，复合Ag又可以显著的提升材料的导电性。3、本专利技术的方法工艺简单，易于控制，成本低，适合工业化生产，所制备的一维青铜晶型线状纳米材料比容量高，循环性能和稳定性能好。在0.1C倍率下(33.5mAg-1)，可逆比容量达229mAhg-1，经过50次循环后，可逆比容量为206.9mAhg-1，库伦效率达到99％。附图说明图1为本专利技术实施例的一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag复合材料的步骤流程图；图2为本专利技术实施例的一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag复合材料的低倍扫描电镜图；图3为本专利技术实施例的一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag复合材料的高倍扫描电镜图；图4为本专利技术实施例的Ag元素在一维青铜晶型二氧化钛纳米线状材料上的元素分布图；图5为本专利技术实施例1的一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag复合材料在0.1C下进行50次充放电测试的循环性能图；图6为本专利技术实施例1的一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag复合材料在不同电流密度下得到的倍率性能图；图7为本专利技术实施例1的一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag复合材料在0.1C(33.5mAg-1)电流密度下前三次充放电曲线图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参见图1，所示为本专利技术实施例的制备一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag的复合材料的步骤流程图，其包括以下步骤：S10，制备前驱体产物钛酸纳米线/AgOH的复合材料；S10包括如下步骤：S101，配置一定浓度的NaOH溶液；其中，NaOH溶液的浓度为10mol/L～12mol/L；S102，称量一定质量的锐钛矿(TiO2)以及硝酸银(AgNO3)加入到NaOH溶液中并搅拌2～3小时得到混合溶液，将混合溶液倒入水热反应釜；其中，锐钛矿(TiO2)相对于NaOH溶剂的摩尔比为0.023-0.069mol/L，量取的锐钛矿(TiO2)与硝酸银(AgNO3)的摩尔质量比为30：1～10：1S103，在一定温度下反应一定时间，冷却至室温，从水热反应釜中取出反应物，得到前驱体产物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S10，制备前驱体产物钛酸纳米线/AgOH的复合材料；S20，制备前驱体产物纳米线钛酸/AgO的复合材料；S30，对所制得的前驱体产物纳米线钛酸/AgO的复合材料进行热处理，得到一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag的复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S10，制备前驱体产物钛酸纳米线/AgOH的复合材料；S20，制备前驱体产物纳米线钛酸/AgO的复合材料；S30，对所制得的前驱体产物纳米线钛酸/AgO的复合材料进行热处理，得到一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag的复合材料。2.根据权利要求1所述的一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag的复合材料的制备方法，其特征在于，S10包括如下步骤：S101，配置一定浓度的NaOH溶液，S102，称量一定质量的锐钛矿(TiO2)以及硝酸银(AgNO3)加入到NaOH溶液中并搅拌2～3小时得到混合溶液，将混合溶液倒入水热反应釜；S103，在一定温度下反应一定时间，冷却至室温，从水热反应釜中取出反应物，得到前驱体产物钛酸纳米线/AgOH的复合材料。3.根据权利要求1所述的一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag的复合材料的制备方法，其特征在于，S20包括如下步骤：S201，前驱体产物钛酸纳米线/AgOH的复合材料与一定量的稀盐酸溶液混合使得PH小于7，静置24～30小时，S202，将静止后的产物用蒸馏水进行离心清洗至PH等于7，置入烘箱中70℃～80℃干燥12-36小时，得到前驱体产物纳米线钛酸/AgO的复合材料。4.根据权利要求1-3任一所述的一维青铜晶型二氧化钛纳米线/Ag的复合材料的制备方法，其特征在于，S30，具体包括：将制得的前...

【专利技术属性】
技术研发人员：童长青，宋开新，徐军明，武军，高惠芳，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33