原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法和应用，属于锂离子电池材料技术领域，利用一步水热法合成前驱体后，在惰性气氛下热处理合成了原位碳包覆TiO2(B)电极材料。该合成方法操作简捷、成本低；并且作为锂离子电池负极材料具有良好的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法和应用
本专利技术属于锂电池
，具体涉及一种原位碳包覆TiO2(B)负极材料的处理方法和应用。
技术介绍
近年来，随着便携式电子产品以及新能源汽车行业的迅速发展，人们对电池的综合性能要求不断增加，石墨作为现阶段商业化锂离子电池中最常见的负极材料，出现了固态扩散系数较低，在充放电过程中具有较高的扩散阻力，储锂量小等问题，同样Li4Ti5O12作为现阶段石墨的潜在替代者，也存在理论容量低、能量密度小等缺陷，因而限制了其大规模的商业化应用。这也对锂离子电池的进一步发展提出了新的挑战。TiO2(B)（335mAh/g）作为锂离子负极材料其理论比容量几乎是Li4Ti5O12（175mAh/g）的两倍，且与石墨相当，同样相关研究也表明，与块体材料的TiO2(B)相比其纳米结构具有更好的离子迁移速率，但由于导电性欠缺而限制了其进一步应用，因此本专利技术利用一步水热法合成前驱体，在惰性气氛下热处理成功合成了原位碳包覆TiO2(B)电极材料，并且在储能上进行了应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于：（1）提供一种原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法，该制备方法操作简捷、成本低；（2）通过所述方法制备的原位碳包覆TiO2(B)负极材料具有独特的形貌、电化学性能良好等特点；（3）原位碳包覆TiO2(B)负极材料在锂离子半电池方面的应用。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：1.一种原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法和应用，包括如下步骤：（1）原位碳包覆H2Ti3O7前驱体制备：将化学纯TiO2和碳源依次加入到NaOH溶液中，搅拌均匀，在均相反应仪中通过一步水热法合成原位碳包覆Na2Ti3O7前驱体溶液，然后进行多次洗涤抽滤，然后加入适量的盐酸过夜搅拌，接着将溶液多次洗涤抽滤，最后进行冷冻干燥，得到原位碳包覆H2Ti3O7前驱体；（2）在惰性气氛下，将步骤（1）所述的原位碳包覆H2Ti3O7前驱体进行高温热处理得到原位碳包覆TiO2(B)。进一步，步骤（1）中，NaOH溶液的摩尔浓度为12mol/L，TiO2和碳源的摩尔比为3：4，盐酸的摩尔浓度为0.1mol/L。进一步，步骤（1）中，在均相反应仪中通过一步水热法合成，包括以下反应条件：均相反应仪转速为20rpm，水热温度为160~185℃，保温时间为24~72小时。进一步，步骤（1）中，碳源为柠檬酸、葡萄糖、蔗糖和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。进一步，步骤（2）中的热处理，包括以下反应条件：温度为350~450℃，升温速率为3℃/min，保温时间为2~6小时。2.由上面任一项所述方法制备原位碳包覆TiO2(B)负极材料。3.由上面所述的制备的原位碳包覆TiO2(B)负极材料在锂离子半电池上的储能应用。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了原位碳包覆TiO2(B)负极材料在锂离子电池负极材料的制备方法和应用。提供的制备方法简捷、成本低，原位碳包覆TiO2(B)锂离子电池负极材料具有良好的电化学性能。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为实施例1所得原位碳包覆TiO2(B)负极材料的场发射扫描电镜图。图2为实施例1所得原位碳包覆TiO2(B)负极材料的物相XRD图。图3为实施例2所述原位碳包覆TiO2(B)负极材料制备的半电池在不同电流密度下的充放电曲线图。图4为实施例2所述原位碳包覆TiO2(B)负极材料制备的半电池在335mA/g电流密度下的循环性能和充放电效率曲线图。图5为实施例2所述原位碳包覆TiO2(B)负极材料制备的半电池在不同电流密度下循环倍率图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。实施例1原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备称取3g的TiO2和4.6g的十六烷基三甲基溴化铵加入300mL12mol/L的NaOH溶液在室温下搅拌1小时，后将上述液体置于500ml的聚四覆乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在175℃下以20rpm转速反应72小时后，对反应产物进行洗涤抽滤，至溶液PH为中性，然后加入0.1mol/L盐酸室温搅拌12小时，接着将溶液多次洗涤抽滤，最后进行冷冻干燥，得到原位碳包覆H2Ti3O7前驱体。称取适量原位碳包覆H2Ti3O7前驱体，在惰性气体氛围中，以3℃/min的升温速率升温至400℃，退火6小时，即得原位碳包覆TiO2(B)负极材料，其形貌如图1所示，所得材料物相表征如图2所示，说明通过此种方法可以成功制备原位碳包覆TiO2(B)纳米线材料。实施例2将原位碳包覆TiO2(B)负极材料用于电池的制备及电化学性能测试（1）取实施例1中制备的原位碳包覆TiO2(B)负极材料作为活性物质与乙炔黑、粘结剂聚偏四氟乙烯（PVDF）按8:1:1的质量混合后，加入少量的1-甲基-2吡咯烷酮（NMP），接着在玛瑙研钵里研磨，得到均匀的糊状物质；然后将其涂抹在面积约为1.3cm2的铜片基底上，最后在120℃下真空干燥12小时，即得负极片。（2）半电池组装：将正极材料、隔膜以及步骤（1）中制成的负极片进行纽扣电池的组装，电解液为1mol/L的LiPF6溶液为电解质（其中溶质是LiPF6，溶剂为氟代碳酸乙烯酯(FEC)与碳酸二甲酯(DMC)，其体积比为1:1），使用的纽扣电池型号为CR2032，隔膜型号为Celgard2400。组装完毕后，将电池移出手套箱，室温静置12小时后，在Land测试系统上进行电化学性能的测试，测试电压范围为1.0~3.0V。所得在不同电流密度下的充放电曲线如图3示；在335mA/g电流密度下的循环性能和充放电效率曲线如图4示，不同电流密度下循环倍率如图5示。从图3可以看出：所制得原位碳包覆TiO2(B)负极材料在1.45~1.65V的电压范围内，电压平台明显且平缓，有商业化的价值。从图4可以看出：该材料在335mA/g(1C)的电流密度下的容量接近195mAh/g，并且经过600圈的循环之后材料性能衰减较小，说明通过该方法合成的原位碳包覆TiO2(B)负极材料循环性能良好。从图5可以看出：在不同电流密度下该材料的充放电性能稳定，表明该锂离子电池负极材料的倍率性能良好，即使在10.05A/g(30C)的电流密度下仍有45mAh/g左右的比容量，而当电流密度恢复到33.5mA/g(0.1C)后，其放电比容量依旧可以达到195mAhg-1左右，表明该锂离子电池负极材料的安全性能高、可逆性好。最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本专利技术进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本专利技术权利要求书所限定的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：（1）原位碳包覆H2Ti3O7前驱体制备：将化学纯TiO2和碳源依次加入到NaOH溶液中，搅拌均匀，在均相反应仪中通过一步水热法合成原位碳包覆Na2Ti3O7前驱体溶液，然后进行多次洗涤抽滤，然后加入适量的盐酸过夜搅拌，接着将溶液多次洗涤抽滤，最后进行冷冻干燥，得到原位碳包覆H2Ti3O7前驱体；（2）在惰性气氛下，将步骤（1）所述的原位碳包覆H2Ti3O7前驱体进行高温热处理得到原位碳包覆TiO2(B)。

【技术特征摘要】
1.一种原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：（1）原位碳包覆H2Ti3O7前驱体制备：将化学纯TiO2和碳源依次加入到NaOH溶液中，搅拌均匀，在均相反应仪中通过一步水热法合成原位碳包覆Na2Ti3O7前驱体溶液，然后进行多次洗涤抽滤，然后加入适量的盐酸过夜搅拌，接着将溶液多次洗涤抽滤，最后进行冷冻干燥，得到原位碳包覆H2Ti3O7前驱体；（2）在惰性气氛下，将步骤（1）所述的原位碳包覆H2Ti3O7前驱体进行高温热处理得到原位碳包覆TiO2(B)。2.根据权利要求1所述的一种原位碳包覆TiO2(B)负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，NaOH溶液的摩尔浓度为12mol/L，TiO2和碳源的摩尔比为3：4，盐酸的摩尔浓度为0.1mol/L。3.根据权利要求1所述的一种原位...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，李洋，欧阳梦玲，邓先萍，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50