一种TiNb2O7材料的制备方法技术

本申请涉及一种TiNb2O7材料的制备方法，其包括如下步骤：（1）首先制得分散液；（2）将分散液进行烧结，得TiNb2O7前驱体；（3）将铝粉、笼型聚倍半硅氧烷、界面改性剂以重量比为10:1:1混合后高速分散得包覆液；（4）将包覆液均匀包覆在TiNb2O7前驱体上，喷雾干燥；（5）将包覆后的TiNb2O7前驱体放在管式炉中烧结，得到氧化铝

【技术实现步骤摘要】
一种TiNb2O7材料的制备方法


[0001]本申请涉及负极材料的
，尤其是涉及一种TiNb2O7材料的制备方法。

技术介绍

[0002]TiNb2O7具有与钛酸锂相似的充放电平台，同样能够防止锂枝晶的形成，从而提升电池组的安全性能；同时，由于其在嵌脱锂过程中有3个氧化还原电对参与反应，会引发5个电子的转移，因此具备更高的理论容量；并且在脱嵌锂过程中，材料的结构基本不发生变化，具有良好的循环稳定性。
[0003]现有的TiNb2O7材料的制备方法通常为：以Nb2O5和TiO2为原料，按照化学计量比称取一定质量的Nb2O5和TiO2放入球磨罐中，采用正己烷为分散剂，以200r/min的转速球磨5h，结束后，将浆料放置于干燥箱中烘干，再在1200℃空气气氛下煅烧24h，得到白色粉末，即为TiNb2O7。
[0004]但是，TiNb2O7也存在很多缺点限制了材料的性能发挥，TiNb2O7在电解液中会发生副反应，导致库伦效率较低，造成锂离子电池胀气，在嵌脱锂过程中晶格发生轻微变化、降低导电性能，导电性差制约了材料性能的发挥，导致其比容量和循环特性都会受到较大的影响。固态电池中还会出现空间电荷层效应，引发界面处不兼容。

技术实现思路

[0005]本申请的目的是提供一种TiNb2O7材料的制备方法，在TiNb2O7的表面包裹高强度高稳定性的氧化铝-二氧化硅固溶体，提升材料表面结构稳定性和电池循环性能。
[0006]本申请的上述专利技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种TiNb2O7材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将钛源和铌源加入分散剂中高速混合，得到分散液，其中Ti与Nb摩尔比为1:2；(2)将分散液放置管式炉中烧结，烧结温度为320～350℃，得到TiNb2O7前驱体；(3)将铝粉、笼型聚倍半硅氧烷、界面改性剂以重量比为10:1:1混合后高速分散得包覆液；(4)将包覆液均匀包覆在TiNb2O7前驱体上，喷雾干燥；(5)将包覆后的TiNb2O7前驱体放在管式炉中烧结，得到氧化铝-二氧化硅两相固溶体包覆的TiNb2O7材料。
[0007]通过采用上述技术方案，分别制备分散液和包覆液，分散液是为了制备具有纳米微孔结构的TiNb2O7前驱体，然后将包覆液包覆在TiNb2O7前驱体上，采用喷雾干燥的方式，可增强包覆液在TiNb2O7前驱体表面的渗透作用，经烧结后制备氧化铝包覆的TiNb2O7材料，无电化学活性的氧化铝-二氧化硅两相固溶体可以避免铌酸钛与电解液直接接触，抑制铌酸钛材料表面惰化，减少电解液分解产气，提升电池循环稳定性。而在固态电池中，氧化铝-二氧化硅两相固溶体无电子电导，可以桥接硫化物固体电解质和氧化物材料锂化学式，改善界面阻抗和界面循环稳定性。
[0008]本申请进一步设置为：所述分散剂选用二甲亚砜与乙二醇以重量比为1:1混合。
[0009]通过采用上述技术方案，二甲亚砜为无色液体，具有吸湿性，能与水、乙醇等有机溶剂混溶，具有较强的溶解能力；乙二醇能与水、丙酮互溶，是常用的有机溶剂，将二甲亚砜与乙二醇混合，二者产生协同作用，可增强钛源、铌源在分散剂中的溶解性，有助于钛源、铌源均匀分散。
[0010]本申请进一步设置为：所述界面剂选用异辛醇聚氧乙烯醚或者仲辛醇聚氧乙烯醚。
[0011]通过采用上述技术方案，异辛醇聚氧乙烯醚或者仲辛醇聚氧乙烯醚的渗透能力较强，有利于包覆液内部各组分的相容性，还可降低结合双方的表面张力，提高包覆液与TiNb2O7前驱体的结合性。
[0012]本申请进一步设置为：所述步骤(3)中预先将笼型聚倍半硅氧烷进行熔融，将铝粉高速分散在熔融态的笼型聚倍半硅氧烷中，冷却至室温，得到共混体。
[0013]通过采用上述技术方案，将铝粉掺混在熔融态的笼型聚倍半硅氧烷中，考虑掺混过程需要均匀分散，于是掺混过程在动态下进行，高速搅拌笼型聚倍半硅氧烷的同时，加入铝粉，而且铝粉也是高速喷洒在笼型聚倍半硅氧烷中，显著提高包覆液的分散性。
[0014]本申请进一步设置为：所述步骤(4)中喷雾干燥温度为700～1380℃。
[0015]通过采用上述技术方案，向包覆液表面进行高温雾化干燥，有助于包覆液向TiNb2O7前驱体表面的渗透作用，从而增强包覆液在TiNb2O7前驱体表面的包覆作用，提高包覆液与TiNb2O7前驱体的结合牢度。
[0016]本申请进一步设置为：所述步骤(5)烧结温度为1500～1750℃。
[0017]通过采用上述技术方案，烧结过程的优选温度为1500～1750℃，有助于充分形成氧化铝-二氧化硅两相固溶体。
[0018]本申请进一步设置为：所述步骤(2)和步骤(5)烧结过程充入氧气，保持烧结过程在富氧环境下进行。
[0019]通过采用上述技术方案，步骤(2)和步骤(5)均在富氧环境中进行，有助于电极材料晶体生长完整性以及包覆层的形成，包覆层更加致密均匀。
[0020]综上所述，本申请的有益技术效果为：1.寿命长：制备了经氧化铝-二氧化硅两相固溶体包覆的TiNb2O7具有高强度和高稳定性，包覆层避免了TiNb2O7电极与电解液的直接接触，延长电极的使用寿命；2.电极材料容量提升：经高温烧结后，氧化铝对TiNb2O7材料可能会实现一定程度的掺杂，提高TiNb2O7材料电化学性质；3.循环稳定性高：氧化铝-二氧化硅两相固溶体的强度较高，可减小TiNb2O7材料在循环过程中的体积形变，提高电极的循环稳定性；4.干燥和烧结过程均是富氧环境，有助于提高形成氧化铝-二氧化硅两相固溶体的转化率，保证制备的氧化铝-二氧化硅两相固溶体质地均匀，性能稳定。
具体实施方式
[0021]以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
[0022]钛源选择钛酸四丁酯，铌源选择五氯化铌，笼形聚倍半硅氧烷选用八甲基笼状聚
倍半硅氧烷，铝粉的粒度为100目以上。
[0023]实施例一：一种TiNb2O7材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将钛源和铌源加入分散剂中，在500r/min转速条件下进行混合，得到分散液；其中Ti与Nb摩尔比为1:2，钛源和铌源的重量和与分散剂的重量比1:2，分散剂选用二甲亚砜与乙二醇以重量比为1:1混合；(2)将分散液放置于管式炉中烧结8h，烧结温度为320℃，得到TiNb2O7前驱体；(3)将铝粉、笼型聚倍半硅氧烷、异辛醇聚氧乙烯醚以重量比为10:1:1进行混合，在800r/min转速下分散得包覆液；(4)将包覆液均匀包覆在TiNb2O7前驱体上，在700℃下进行喷雾干燥；(5)将干燥后的TiNb2O7前驱体放在管式炉中烧结，烧结温度为1500℃，得到氧化铝-二氧化硅两相固溶体包覆的TiNb2O7材料。
[0024]实施例二一种TiNb2O7材料的制备方法，与实施例一的区别之处在于步骤(2)中的烧结温度为330℃。
[0025]实施例三一种TiNb2O7材料的制备方法，与实施例一的区别之处在于步骤(2)中的烧结温度为340℃。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TiNb2O7材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将钛源和铌源加入分散剂中高速混合，得到分散液，其中Ti与Nb摩尔比为1:2；将分散液放置于管式炉中烧结，烧结温度为320~350℃，得到TiNb2O7前驱体；将铝粉、笼型聚倍半硅氧烷、界面改性剂以重量比为10:1:1充分混合，均匀分散得包覆液；将包覆液均匀包覆在TiNb2O7前驱体上，喷雾干燥；将包覆后的TiNb2O7前驱体放在管式炉中烧结，得到氧化铝-二氧化硅两相固溶体包覆的TiNb2O7材料。2.根据权利要求1所述的一种TiNb2O7材料的制备方法，其特征在于：所述分散剂选用二甲亚砜与乙二醇以重量比为1:1混合。3.根据权利要求1所述的一种TiNb2O7材料的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：许晓雄，崔言明，龚和澜，詹盼，陶金，
申请(专利权)人：浙江锋锂新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：