一种二氧化钛B相材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种二氧化钛B相材料及其制备方法和应用，其首次成功的设计合成出了(101)暴露晶面二氧化钛B相材料，通过使用氟钛酸铵为钛源，以乙醇酸作为反应环境，经过简单的水热反应之后合成二氧化钛前驱体，之后在马弗炉中煅烧，得到结晶度高的纯相二氧化钛B相材料，提高了材料的结构稳定性。同时材料特殊的(101)暴露晶面结构为锂提供更多的活性位点，利于离子结合与传输。所制备的软包全电池具有较高的比容量以及良好的循环稳定性，在电流密度为10C(1C=325 mAh/g)时循环1000圈后容量依然能达到46.6mAh/g。量依然能达到46.6mAh/g。量依然能达到46.6mAh/g。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化钛B相材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于软包全电池负极材料
，具体涉及一种二氧化钛B相材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钛基材料作为软包全电池负极材料的主要采用钛酸锂等钛酸盐类，目前还为发现以二氧化钛B相材料作为软包全电池负极材料的相关专利报道。
[0003]锂电池因其较高的能量密度，被广泛的应用于便携设备、新能源汽车、电网等，使得人们的生产生活得到了许多的改变。但是随着社会经济的发展人们对于储能电池的要求越来越高，人们追求具有高能量密度和高稳定性的可以产业化的电池，其中软包全电池被普遍认为是具有优势的产业化储能器件。作为离子电池负极材料的二氧化钛材料，由于其生产成本低，结构稳定、无毒、安全性高且循环稳定性好而被认为是最具有商业前景。但是，二氧化钛的电子电导率差和离子扩散系数低限制了二氧化钛的商业化大规模应用。所以为了解决这些问题，通常采用构建特殊纳米结构材料；不同反应活性的优势稳定暴露晶面；元素掺杂，比如硼、氟、氮等；复合碳材料，比如碳纳米管、石墨烯等。这些方法都被证明能够有效的改善二氧化钛的导电性和离子扩散系数，最终提高材料的电化学性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术首次成功的设计合成出了(101)暴露晶面二氧化钛B相材料，通过使用氟钛酸铵为钛源，以乙醇酸作为反应环境，经过简单的水热反应之后合成二氧化钛前驱体，之后在马弗炉中煅烧，得到结晶度高的纯相二氧化钛B相材料，提高了材料的结构稳定性，且得到的二氧化钛B相材料的特殊的(101)暴露晶面结构为锂提供更多的活性位点，利于离子结合与传输。所制备的软包全电池具有较高的比容量以及良好的循环稳定性，在电流密度为10C (1C=335 mAh/g)时循环1000圈后容量依然能达到46.6mAh/g。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种二氧化钛B相材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将1克氟钛酸铵、0.3克硼酸和3.5g乙醇酸依次加入到含有35毫升乙醇的50毫升的聚四氟乙烯内衬中搅拌30min后，装入反应釜装置在150度的条件下反应2h。将自然冷却至室温后所得的白色沉淀物质用去离子水洗涤离心三遍之后70℃干燥产物，最终得到二氧化钛前驱体。
[0006]（2）将二氧化钛前驱体马弗炉中以2℃/每分钟的升温速率下，在400℃煅烧2h后，可得到最终产物——具有(101)暴露晶面的二氧化钛B相材料。
[0007]上述二氧化钛B相材料在软包全电池上的应用：按质量比将二氧化钛B相材料：乙炔黑：PVDF＝70：20：10混合研磨后均匀地涂在铜箔上做负极，铁酸锂：乙炔黑：PVDF＝80：10：10混合研磨后作为正极，电解质为1.0 M LiPF6的100%DME溶液，所有组装均在手套箱里进行。
[0008]本专利技术的优点：本专利技术的制备方法简单，成本廉价，重复性好，其以氟钛酸盐为钛源，以硼酸调节暴露面形貌，以乙醇酸为反应溶剂环境合成二氧化钛B相材料，乙醇酸有利于合成二氧化钛B相结构；二氧化钛主要分为锐钛矿相，板钛矿相，金红石相和B相四种晶型，前三种晶相为四方晶系，只有一条离子传输通道，而B相由于其属于单斜晶系，具有2条离子传输通道。根据密度泛函理论计算，因为离子结合通道和空间群不同，前三种晶型的理论容量为168 mAh/g，而B相具有335 mAh/g理论容量，B相比其它三种晶相在容量方面更具优势。
附图说明
[0009]图1为本专利技术所合成的二氧化钛B相材料的XRD谱图，本专利技术材料与标准卡片 TiO2‑
B JCPDS NO.74
‑
1940峰位完全匹配，说明材料为纯相二氧化钛B相材料；图2为本专利技术所合成的二氧化钛B相材料的扫描电镜图；从材料的SEM扫描电镜图中可以看到，材料具有明显的（101）暴露晶面，且材料大小均一，分布均匀，尺寸在700nm左右；图3为不同电流密度下软包全电池的倍率性能图；当电流从10C回到0.1C时，全电池仍具有接近初始值的比容量，展现良好的结构稳定性和循环稳定性；图4为本专利技术制得的软包全电池在10C电流密度下的循环性能图；材料在10C电流密度下循环1000圈仍具有46.6mAh/g的容量，展现出电池良好的循环稳定性。
具体实施方式
[0010]为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。
[0011]实施例1（1）将1克氟钛酸铵、0.3克硼酸和3.5g乙醇酸依次加入到含有35毫升乙醇的50毫升的聚四氟乙烯内衬中搅拌30min后，装入反应釜装置在150度的条件下反应2h。将自然冷却至室温后所得的白色沉淀物质用去离子水洗涤离心三遍之后70℃干燥产物，最终得到二氧化钛前驱体。
[0012]（2）将二氧化钛前驱体马弗炉中以2℃/每分钟的升温速率下，在400℃煅烧2h后，可得到最终产物——具有(101)暴露晶面的二氧化钛B相材料。
[0013]上述二氧化钛B相材料在软包全电池上的应用：按质量比将二氧化钛B相材料：乙炔黑：PVDF＝70：20：10混合研磨后均匀地涂在铜箔上做负极，铁酸锂：乙炔黑：PVDF＝80：10：10混合研磨后作为正极，电解质为1.0 M LiPF6的100%DME溶液，所有组装均在手套箱里进行，得到软包全电池。
[0014]以上所述仅为本专利技术的较佳实施例，凡依本专利技术申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利技术的涵盖范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛B相材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将氟钛酸铵、硼酸和乙醇酸依次加入到含有乙醇的聚四氟乙烯内衬中搅拌后，装入反应釜装置进行反应，自然冷却至室温后得到白色沉淀物质，经洗涤干燥得到二氧化钛前驱体；（2）将步骤（1）的二氧化钛前驱体置于马弗炉中以2℃/min的升温速率下，在400℃煅烧2h后，得到具有(101)暴露晶面的二氧化钛B相材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述氟钛酸铵、硼酸和乙醇酸的质量比为10：3：35。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：魏明灯，杨程宇，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：