一种非晶LiEuTiO4纳米囊泡的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种非晶LiEuTiO

Preparation of amorphous lietio4 nano vesicles

The invention discloses an amorphous lieutio

【技术实现步骤摘要】
一种非晶LiEuTiO4纳米囊泡的制备方法
本专利技术涉及纳米材料
，尤其涉及到一种非晶LiEuTiO4纳米囊泡的制备方法。
技术介绍
虽然锂离子电池(LIB)已广泛用于易于携带的电子设备中，但是对电动汽车(EV)或混合动力电动汽车(HEV)等运输工具来说，目前锂离子电池的安全性、倍率性能以及循环寿命都亟待提高。其中一个策略是寻找新的负极材料来替代现有的商用石墨负极材料。因为石墨负极的锂嵌入电位很小(0.1V，相对于Li+/Li)，在充放电过程中会形成锂枝晶，从而导致安全问题。因此，尖晶石Li4Ti5O12被认为是可用于HEV或EV高倍率锂离子电池的负极材料。因为其高达1.55V的锂嵌入电位可以避免锂枝晶的析出。但是，这种相对较高的锂嵌入电位往往会降低电池的电压和能量密度。所以，为了让锂离子电池具有适当电压，同时又能避免锂枝晶的析出，人们把目光聚焦于具有约1V工作电位的锂离子电池负极材料的研发。目前，具有约1V工作电位的锂离子电池负极材料有：LiEuTiO4，BiPO4，Li(V0.5Ti0.5)S2，LiVS2，LiTiS2和Li2C8H4O4等。在这些材料中，LiEuTiO4由于其良好的电化学性能而颇受关注。然而，为了实现LiEuTiO4的实际应用，需要提高其容量，倍率性能和循环稳定性。最近，中空结构被认为是二次电池电极材料的理想形貌结构之一。因为中空结构可通过提供大表面积和减小扩散长度来促进电荷传递。在本专利技术专利中，以原位形成的Eu纳米颗粒作为模板，通过等离子体技术成功地制备出了非晶LiEuTiO4纳米囊泡。研究证明，非晶LiEuTiO4纳米囊泡可用作电动车辆或混合动力电动车辆高倍率锂离子电池的低工作电压负极材料。
技术实现思路
在本专利技术工作中，以5％氢气(H2)/95％氩气(Ar)为气氛，在等离子体场中通过三(乙酰丙酮)(1,10-菲咯啉)铕、硬脂酸锂和二氨四氯化钛的反应制备出了非晶LiEuTiO4纳米囊泡，其平均粒径为25nm，壳厚度约为3nm，比表面积为25.4m2·g-1。研究表明，非晶LiEuTiO4纳米囊泡具有：1)优异的倍率性能，在0.2Ag-1时，具有285.1mAhg-1的大可逆放电容量；在10Ag-1时，具有185.7mAhg-1的高倍率放电容量；2)优异的循环性能，在0.1Ag-1时，循环1000次以后仍然保持有282mAhg-1的放电容量。本专利技术采用如下的技术方案：在本专利技术工作中，一种非晶LiEuTiO4纳米囊泡的制备方法，其具体步骤如下：(1)在5％氢气(H2)/95％氩气(Ar)气氛下，将0.5mol三(乙酰丙酮)(1,10-菲咯啉)铕加入到0.5mol硬脂酸锂和0.5mol二氨四氯化钛在230℃形成的熔融盐中；(2)然后在等离子体场中反应10min；(3)将得到的样品用3-甲基咪唑氯化物的离子液体和无水乙醇分别进行洗涤3次，随后在80℃下空气中干燥。步骤(2)中等离子体场电场强度大小为500V·cm-1。本专利技术的积极效果如下：1)首次制备出了非晶LiEuTiO4纳米囊泡，丰富了锂离子电池低工作电压负极材料LiEuTiO4的制备途径；2)所制备的非晶LiEuTiO4纳米囊泡具有优异的倍率性能，达到电动车辆或混合动力电动车辆对高倍率锂离子电池负极材料倍率性能的要求；3)所制备的非晶LiEuTiO4纳米囊泡具有优异的循环性能，达到电动车辆或混合动力电动车辆对高倍率锂离子电池负极材料使用寿命的要求。附图说明图1是实施例1所制备非晶LiEuTiO4纳米囊泡材料的透射电镜(TEM)照片；照片中插图是电子选区衍射(SAED)图片；图2是实施例1所制备非晶LiEuTiO4纳米囊泡材料在不同烧结温度下的X-射线衍射(XRD)图；图3是实施例1所制备非晶LiEuTiO4纳米囊泡材料的二次离子飞行质谱(TOF-SIMS)图；图4是实施例1所制备非晶LiEuTiO4纳米囊泡材料在不同反应时间时的TEM照片；图5是实施例1所制备非晶LiEuTiO4纳米囊泡材料在不同反应时间时的XRD图；图6是实施例1所制备非晶LiEuTiO4纳米囊泡材料不同反应时间时的TOF-SIMS图；图7是实施例1所制备非晶LiEuTiO4纳米囊泡和商用LiEuTiO4的循环伏安曲线；图8是实施例1所制备非晶LiEuTiO4纳米囊泡和商用LiEuTiO4在0.1Ag-1的循环性能；图9是实施例1所制备非晶LiEuTiO4纳米囊泡和商用LiEuTiO4在不同电流下的倍率性能；图10是不同LiEuTiO4材料的倍率性能比较图：(A)实施例1所制备的非晶LiEuTiO4纳米囊泡；(B)商用LiEuTiO4；(C)实施例1方案在250℃下所制备的非晶LiEuTiO4材料；(D)实施例1方案在700Vcm-1电场强度下所制备的非晶LiEuTiO4材料；(E)文献Chem.Commun.2018,53,7800-7803报道的LiEuTiO4材料；(F)文献J.TaiwanIns.Chem.Engineers2019,96,223–228报道的LiEuTiO4材料；和(G)文献Ionics2019,25,3041–3050报道的LiEuTiO4材料。具体实施方式下面的实施例是对本专利技术的进一步详细描述。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商用途径得到。实施例1为实现上述目的，制备非晶LiEuTiO4纳米囊泡的具体步骤为：(1)在5％氢气(H2)/95％氩气(Ar)气氛下，将0.5mol三(乙酰丙酮)(1,10-菲咯啉)铕加入到0.5mol硬脂酸锂和0.5mol二氨四氯化钛在230℃形成的熔融盐中；(2)然后在等离子体场中反应10min；(3)将得到的样品用3-甲基咪唑氯化物的离子液体和无水乙醇分别进行洗涤3次，随后在80℃下空气中干燥。其中，步骤(2)中等离子体场电场强度大小为500V·cm-1。本专利技术实施例1所制备非晶LiEuTiO4纳米囊泡的结构和性能：样品的TEM图像(图1)显示出均一的囊泡形态。囊泡的平均尺寸约为25nm。同时，它们的壳厚度约为3nm，它们的比表面积为225.4m2g-1，大于商用LiEuTiO4(25.3m2g-1)。此外，样品是无定形的，选区电子衍射结果(图1插图)证实了制备的LiEuTiO4纳米囊泡为非晶结构。在25℃下，样品的XRD图没有峰(图2)，也表明所制备的LiEuTiO4纳米囊泡为非晶结构，热处理过后得到晶体材料。为了进一步证实非晶LiEuTiO4囊泡的形成，进行了ToF-SIMS分析(图3)。LiEuTiO4+(荷质比为267-274)，LiEuTiO3+(荷质比为251-258)，LiEuTiO2+(荷质比为235-242)和LiEuTiO+(荷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非晶LiEuTiO

【技术特征摘要】
1.一种非晶LiEuTiO4纳米囊泡的制备方法，其特征在于：
(1)在5％氢气(H2)/95％氩气(Ar)气氛下，将0.5mol三(乙酰丙酮)(1,10-菲咯啉)铕加入到0.5mol硬脂酸锂和0.5mol二氨四氯化钛在230℃形成的熔融盐中；
(2)然后在等离子体场中反...

【专利技术属性】
技术研发人员：童东革，王庆良，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川;51