[发明专利]一种氟化铁掺杂纳米二氧化钛的制备与应用

说明书

本发明公开了一种氟化铁掺杂纳米二氧化钛的制备与应用，利用硝酸铁、氢氟酸、TiO₂为原料，采用液相法制备，具体步骤是：1)称取TiO₂粉末完全分散于蒸馏水中，静置6～12h，再加入表面活性剂和Fe(NO₃)₃·9H₂O，超声搅拌溶解完全，得到棕黄色液体；2)搅拌10～30min后将其放置于聚四氟乙烯塑料瓶中，加入氢氟酸，搅拌12～24h得到粉红色液体；3)加入异丙醇或无水乙醇，直至溶液变为无色，搅拌30～40min后升温至80～100℃，加热搅拌12～24h蒸发掉多余的氢氟酸和水，得到淡黄色的FeF₃(H₂O)_4.5/TiO₂，4)先在80～100℃真空干燥12～24h，然后在110～130℃真空干燥12～24h，得到浅绿色的FeF₃(H₂O)_X/TiO₂。本发明的制备方法简单，步骤简短，重复性好，得的FeF₃(H₂O)_X/TiO₂首次放电容量为512mAh/g，与其理论值相近，具有较优的循环性能和实际容量，可用作锂离子电池正极材料。

技术领域

本发明属于无机功能材料领域，涉及一种纳米复合材料，具体涉及一种氟化铁掺杂纳米二氧化钛的制备与应用。

背景技术

近年来，电动工具、电动助力车、特别是电动汽车等领域的迅速发展为锂离子电池提供了很好的应用前景，但同时对锂离子电池的循环寿命、能量密度、安全性、价格以及环境相容性等性能提出了更高的要求。

目前二元铁氟化物(以三氟化铁为主)作为锂离子电池正极的研究已经获得了一定的突破，可以通过可逆的转换反应实现传统嵌锂电极材料2-3倍的容量性能，放电电压甚至达到和磷酸铁锂相当的水平。但氟化物在制备和保存的过程中，容易形成结晶水合物，脱水过程又易发生高温水解，使其制备难度和成本大大上升。考虑到二元铁氟化物及其结晶水合物本身不含锂，而目前的锂离子电池的锂源主要存储在正极，负极则采用无锂的碳材料，对此，铁氟化物的锂化也是这类材料亟须解决的一个重要问题。

Arai小组研究FeF₃作为正极材料时，发现在其实际可逆容量仅为80mAh/g，远低于(Fe³⁺/Fe²⁺)理论容量(237mAh/g)。基于以上困难，Amatucci等人提出在过渡金属氟化物(FeF₃、BiF₃)中添加导电剂乙炔黑并通过高能球磨形成碳/金属氟化物纳米复合物(CMFNCs)来改善其导电性，显著提高了它们的实际容量和循环性能。另外，Amatucci和Pereira报道了在FeF₃中添加MoS₂，V₂O₅或MoO₃高能球磨后形成混合导体金属氟化物纳米复合物(MDMFNCs)来提高正极活性物质的电化学活性。目前尚没有FeF₃(H₂O)_X/TiO₂复合材料的文献报道。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种氟化铁掺杂纳米二氧化钛的制备方法。

本发明的目的之二是提供由上述方法制得的氟化铁掺杂纳米二氧化钛的应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种氟化铁掺杂纳米二氧化钛的制备方法，利用硝酸铁、氢氟酸、TiO₂为原料，采用液相法制备，具体步骤是：