[发明专利]一种八面体状金红石型二氧化钛负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料制备技术领域，涉及一种二氧化钛负极材料的制备方法，具体涉及一种八面体状金红石型二氧化钛负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有高电压，比能量高，工作温度范围宽，比功率大，放电平稳，储存时间长等特点，广泛应用于便携式电子产品，以及用于动力电车和混合动力汽车的动力电池。然而，目前商业化所使用的锂离子电池负极材料为石墨类材料，存在一定的安全隐患，从而阻碍了其的发展。作为锂离子负极材料的替代材料，二氧化钛由于具有较低的生产成本、较高的安全性和可逆容量，而受到了广泛的关注。

TiO₂因其自身晶格结构不同，分为以下四种主要晶相：锐钛矿、金红石、板钛矿、TiO₂(B)[Z.G.Yang,D.Choi,S.Keris it,K.M.Rosso,D.H.Wang,J.Zhang,G.Graff,J.Liu,Nanostructures and lithium electrochemical reactivity of lithium titanites and titanium oxides:A review[J].J.PowerSources.,2009,192:588-598.]。其中金红石型TiO₂由于在室温下具有较差的导锂、导电能力，以及较窄的空间通道，而一度被认为不适合作为锂离子电池负极材料。然而，近年来有研究表明，纳米化的金红石型TiO₂显著提高嵌入的锂离子数目[D.H.Wang,D.W.Choi，Z.G.Yang,et al.Synthesis and Li-Ion Insertion roperties of Highly Crystalline Mesoporous Rutile TiO₂.[J]Chemistry of aterials.2008,20(10):3435-3442.]。纳米尺寸的针状金红石相晶体在首次循环时有0.8mol的锂离子嵌入，而微米尺寸材料的这一数据仅为0.1～0.25。这说明了金红石相TiO₂的锂离子嵌入容量取决于其晶体大小，这也被众多的文献所证明[H.Qiao,Y.Wang,L.Xiao,et al.High lithium electroactivity of ierarchical porous rutile TiO2anorod microspheres.[J]Electrochemistry ommunications.2008,10(9):1280–1283.]，[H.Qiao,D.Tao,Y.Wang,et al.Electrochemical charge storage of flowerlike rutile TiO2nanorods.[J]Chemical Physics Letters.2010,490(4-6):180–183.]，[D.Wang,D.Choi,J.Li,et al.Self-Assembled TiO₂-Graphene Hybrid Nanostructures for Enhanced Li-Ion Insertion.[J]ACS Nano,2009,3(4):907–914.]。

发明内容

本发明的目的在于提供一种八面体状金红石型二氧化钛负极材料的制备方法，该方法制备过程简单，生产成本低，适合工业化生产，经该方法制得的八面体型金红石型二氧化钛材料电化学性能优异。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种八面体状金红石型二氧化钛负极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)选取锂源，将该锂源配制成浓度为1.0～5.0mol/L的含锂溶液，按锂原子与钛原子的摩尔比为2～20：1，向含锂溶液中加入金红石型二氧化钛，混匀得到混合液，将混合液在20～100℃下，充分搅拌均匀，得到反应前驱液；

2)将反应前驱液在120～200℃下，微波水热反应20～120min，冷却后离心；

3)将离心得到的沉淀清洗后进行干燥，制得八面体状金红石型二氧化钛。

步骤1)所述的充分搅拌均匀是将混合液磁力搅拌10～120min。

步骤2)所述的微波水热反应的微波功率为400～1400瓦。

步骤2)所述的微波水热反应是将反应前驱液置于以聚四氟乙烯作为内衬的微波水热反应釜中进行，所用微波水热反应釜的填充比为30％～70％。