[发明专利]纳米棒状金红石TiO2介晶及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于电池材料学领域，更具体涉及一种纳米棒状金红石TiO₂介晶及其制备方法和应用。 

背景技术

锂离子电池具有高电压、高容量、循环寿命长等显著优势，当前已广泛应用于移动电子设备、国防工业、电动汽车等领域。其中，由于能源和环境保护的需要，电动汽车已成为当前新能源领域中最受关注的行业。因而，开发高性能的锂离子动力电池已成为近年来最热门的研究领域之一。当前，尖晶石锰酸锂、磷酸铁锂等动力电池正极材料已被广泛的研究并取得了较大的进展。然而，目前商业化的负极材料主要是石墨，还有部分的Li₄Ti₅O₁₂, 石墨在充放电过程中表面可能引起金属锂的沉积，存在一定的安全隐患。而Li₄Ti₅O₁₂又存在理论容量低（175 mAhg^-1）的问题。因而开发一种具有快速充放电能力、循环性良好、比容量高的负极材料具有十分重要的意义。 

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种纳米棒状金红石TiO₂介晶及其制备方法和应用，该方法可在较低温度下合成出纯度在95%以上的纳米棒状金红石TiO₂介晶，制备方法简单，条件温和，所制备的介晶具有良好的电化学性能。

本发明是通过如下技术方案实施的：

一种纳米棒状金红石TiO₂介晶是由3-5nm的超细纳米线组成，其长度为200-300nm，直径为50-80nm。

一种纳米棒状金红石TiO₂介晶的制备方法的步骤包括：0.5-1.5克二氧化钛粉末和40-50毫升浓度为10-20摩尔/升氢氧化钾溶液混合，在160℃-200℃反应48-96h，反应物再经稀硝酸洗涤后，取0.1-0.5克分散于40-100 mL浓度为1-3 摩尔/升硝酸溶液中搅拌5-15天，再经离心干燥后得到所述的纳米棒状金红石TiO₂介晶。

所述稀硝酸的浓度为0.05-0.2摩尔/升。

纳米棒状金红石TiO₂介晶的应用是将纳米棒状金红石TiO₂介晶应用在锂电池中。按质量比将金红石TiO₂介晶：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70-75：5-10：15-20混合研磨后均匀地涂在0.25 cm²的铜片上做正极，负极为金属锂，电解质是1M LiClO₄的EC+DEC+EMC (EC/DEC/EMC=1/1/1v/v/v) 溶液。

本发明的优点为：本发明首次提供了一种高纯度纳米棒状金红石TiO₂介晶的制备方法，其操作简便、成本低、纯度高、性能优异，可以大量合成，用此高纯度纳米棒状金红石TiO₂介晶作为锂电池阳极材料，结果表明其具有出色的循环稳定性、较高的比容量。电流密度为1C经过80次循环后，其比容量仍可达170 mAhg^-1。

附图说明

图1为所制备的纳米棒状金红石TiO₂介晶的透射电镜分析；

图2为纳米棒状金红石TiO₂介晶循环性能测试。

具体实施方式

一种纳米棒状金红石TiO₂介晶的制备方法的步骤包括：0.5-1.5克二氧化钛粉末和40-50毫升浓度为10-20摩尔/升氢氧化钾溶液混合，在160℃-200℃反应48-96h，反应物再经稀硝酸洗涤后，取0.1-0.5克分散于40-100 mL浓度为1-3 摩尔/升硝酸溶液中搅拌5-15天，再经离心干燥后得到所述的纳米棒状金红石TiO₂介晶。

实施例1

一种纳米棒状金红石TiO₂介晶的制备方法的步骤包括：0.5克二氧化钛粉末和40毫升浓度为10摩尔/升氢氧化钾溶液混合，在160℃反应96h，反应物再经0.05摩尔/升稀硝酸洗涤后，取0.1克分散于40 mL浓度为1摩尔/升硝酸溶液中搅拌5天，再经离心干燥后得到所述的纳米棒状金红石TiO₂介晶。所制备的介晶长度为200-300nm，直径为50-80nm。