一种钛铌氧化物/TiO2(B)复合材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种钛铌氧化物/TiO2(B)复合材料及制备方法和应用。所述复合材料为球形钛铌氧化物表面分散有青铜矿型二氧化钛，所述钛铌氧化物和青铜矿型二氧化钛的摩尔比为1:20～1:5。钛铌氧化物是指TiO2和Nb2O5形成的一系列固溶体，所述球形钛铌氧化物的通式为Ti

【技术实现步骤摘要】
一种钛铌氧化物/TiO2(B)复合材料及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种钛铌氧化物/TiO2(B)复合材料及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]作为锂离子电池负极材料，氧化钛铌(TNO)具有高安全性和高容量，因此受到广泛关注。TNO具备理论比容量高、嵌锂电位高等优点，是一种极具潜力的钛酸锂材料的替代材料。目前己经有许多类型的TNO被用作负极材料，如Ti2Nb2O9、TiNb2O7、Ti2Nb
10
O
29
、TiNb6O
17
及TiNb
24
O
64
等。
[0003]TNO的复合材料也是该材料研究的重点内容。例如授权公告号为CN103594693B的中国专利，公开了一种二氧化钛/铌钛氧化物复合材料，该复合材料为球形无定型铌钛氧化物表面分散锐钛矿型二氧化钛颗粒。但是，在高嵌锂状态下，锐钛矿型二氧化钛受到Li
‑
Li斥力的影响，锂离子扩散系数降低，倍率性能下降。
[0004]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应该当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于：针对现有技术中TNO/TiO2复合材料倍率性能降低的问题，提供一种钛铌氧化物/TiO2(B)复合材料，该复合材料在钛铌氧化物微球表面分散有青铜矿型的二氧化钛，利用青铜矿型二氧化钛沿b轴半无限扩散通道的特性，提升了倍率性能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种钛铌氧化物/二氧化钛复合材料，所述复合材料为表面分散有青铜矿型二氧化钛的球形钛铌氧化物，所述钛铌氧化物和青铜矿型二氧化钛的摩尔比为1:20～1:5。所述钛铌氧化物和青铜矿型二氧化钛的摩尔比可以为5:100、10:100、15:100、20:100等。
[0008]钛铌氧化物是指TiO2和Nb2O5形成的一系列固溶体，所述球形钛铌氧化物的通式为Ti
x
Nb
y
O
2x+2.5y
，x＝0.1～1，y＝1～2。
[0009]青铜矿型二氧化钛属于亚稳态结构，具备沿b轴的半无限扩散通道，不受固相扩散速率的影响，具备本征赝电容效应，因此相对于其他晶型的二氧化钛，具备优异的倍率性能。
[0010]作为本专利技术的优选方案，所述钛铌氧化物和青铜矿型二氧化钛的摩尔比为15:100。复合材料中TiO2(B)的理论容量比TNO低，但是TiO2(B)的高倍率性能较TNO高；在比例为15:100时高倍率性能最佳。
[0011]作为本专利技术的优选方案，所述青铜矿型二氧化钛为片状，长度为5～20nm；所述球形钛铌氧化物的直径为1～3μm。
[0012]一种如上所述的钛铌氧化物/二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于，包括如
下步骤：
[0013]S1，将四氯化钛加入醇溶剂中，分散，获得澄清的四氯化钛的醇溶液，调整溶液的pH＝8～10；将球形钛铌氧化物分散于溶液中，得到混合物；
[0014]S2，将混合物置于反应釜中，在120～180℃反应12～36h；将反应物固液分离，干燥，得到固体粉末；将固体粉末在300～400℃煅烧1～3h，得到所述钛铌氧化物/二氧化钛复合材料。
[0015]通过溶剂热法在球形钛铌氧化物的表面分散青铜矿型的二氧化钛，通过氨水等方式调整溶液的pH值，中和四氯化钛水解过程产生的酸，利于促进钛前驱体的生长和稳定，在300～400℃温度下煅烧，形成青铜矿型二氧化钛并分散在球形TNO表面。煅烧温度较高时，例如450℃下，青铜矿型二氧化钛转变为锐钛矿型二氧化钛，影响倍率性能。
[0016]作为本专利技术的优选方案，步骤S1中，所述醇为乙二醇；通过加入氨水的方式调整溶液的pH值。
[0017]作为本专利技术的优选方案，步骤S2中，对固体粉末的煅烧温度为300～350℃。
[0018]作为本专利技术的优选方案，步骤1中的所述球形钛铌氧化物通过如下方法获得，
[0019]S0，将铌源、钛源和表面活性剂溶解于溶剂中均匀混合，置于反应釜中在120～200℃反应12～24h；将反应物固液分离，干燥，然后将固体在700～900℃下煅烧1～3h，冷却后得到所述球形钛铌氧化物。
[0020]作为本专利技术的优选方案，所述铌源包括五氯化铌；和/或，所述钛源包括异丙醇钛和钛酸正四丁酯的至少一种；和/或，所述表面活性剂包括P123、F127和PVP中的至少一种；和/或，所述溶剂包括乙醇。使用表面活性剂利于形成颗粒形貌良好的钛铌氧化物，利于提升TNO的性能。
[0021]作为本专利技术的优选方案，所述钛源和所述铌源中钛原子和铌原子的比例为1:6～1:2。在一些实施例中比例为1:6、1:5、1:4、1:3或者1:2。
[0022]上述钛铌氧化物/二氧化钛复合材料作为锂离子电池负极的应用。
[0023]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0024]1、本专利技术的钛铌氧化物/二氧化钛复合材料，所述复合材料为球形钛铌氧化物表面分散有青铜矿型二氧化钛，其中青铜矿型二氧化钛属于亚稳态结构，具备沿b轴的半无限扩散通道，不受固相扩散速率的影响，具备本征赝电容效应，因此相对于其他晶型的二氧化钛，具备优异的倍率性能。在上述摩尔比范围内时，倍率性能明显高于普通的钛铌氧化物。
[0025]2、本专利技术的钛铌氧化物/二氧化钛复合材料，通过两步溶剂热法制备上述的钛铌氧化物/二氧化钛复合材料。即先通过溶剂热法，并煅烧后制备TNO，然后通过溶剂热法在TNO表面分散形成TiO2(B)，过程中通过控制煅烧温度控制二氧化钛为青铜矿型。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例1中的TNO和TNO
‑
TOB的SEM测试结果。
[0027]图2是本专利技术实施例1中的TNO、TNO
‑
TOA和TNO
‑
TOB的XRD测试结果。
[0028]图3是本专利技术实施例1中的TNO和TNO
‑
TOB的TEM测试结果。
[0029]图4是本专利技术实施例1中的TNO、TNO
‑
TOA和TNO
‑
TOB的倍率性能测试结果。
[0030]图5是本专利技术实施例1
‑
4中的TNO
‑
TOB的倍率性能测试结果。
[0031]图6是对比例1中的TNO
‑
1的SEM测试结果。
[0032]图7是对比例1中的TNO
‑
1的倍率性能测试结果。
[0033]图8是对比例2中的TNO
‑
2的SEM测试结果。
[0034]图9是对比例3中的TNO
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛铌氧化物/二氧化钛复合材料，其特征在于，所述复合材料为表面分散有青铜矿型二氧化钛的球形钛铌氧化物，所述钛铌氧化物和青铜矿型二氧化钛的摩尔比为1:20～1:5。2.根据权利要求1所述的钛铌氧化物/二氧化钛复合材料，其特征在于，所述钛铌氧化物和青铜矿型二氧化钛的摩尔比为15:100。3.根据权利要求1所述的钛铌氧化物/二氧化钛复合材料，其特征在于，所述青铜矿型二氧化钛为片状，长度为5～20nm；所述球形钛铌氧化物的直径为1～3μm。4.一种如权利要求1
‑
3任一所述的钛铌氧化物/二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，将四氯化钛加入醇溶剂中，分散，获得澄清的四氯化钛的醇溶液，调整溶液的pH＝8～10；将球形钛铌氧化物分散于溶液中，得到混合物；S2，将混合物置于反应釜中，在120～180℃反应12～36h；将反应物固液分离，干燥，得到固体粉末；将固体粉末在300～400℃煅烧，得到所述钛铌氧化物/二氧化钛复合材料。5.根据权利要求4所述的钛铌氧化物/二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述醇为乙二醇；通过加入氨水的...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢苏阳，曾文文，詹浩然，杨烨，李绍敏，张根，梅军，
申请(专利权)人：中物院成都科学技术发展中心，
类型：发明
国别省市：