[发明专利]一种非晶LiEuTiO4纳米囊泡的制备方法

说明书

本发明公开了一种非晶LiEuTiO₄纳米囊泡的制备方法。在230℃于5％氢气(H₂)/95％氩气(Ar)条件下，于等离子体场中通过三(乙酰丙酮)(1,10‑菲咯啉)铕、硬脂酸锂和二氨四氯化钛的反应制备出了非晶LiEuTiO₄纳米囊泡。这些囊泡的平均粒径约为25nm，壳厚度约为3nm，比表面积为225.4m²g^‑1。这些囊泡具有优异的电化学性能，在0.2Ag^‑1时，具有285.1mAhg^‑1的大可逆放电容量；在10Ag^‑1时，具有185.7mAhg^‑1的高倍率放电容量。此外，这些囊泡在0.1Ag^‑1时，循环1000次后仍然保持有282mAhg^‑1的放电容量。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及到一种非晶LiEuTiO₄纳米囊泡的制备方法。

背景技术

虽然锂离子电池(LIB)已广泛用于易于携带的电子设备中，但是对电动汽车(EV)或混合动力电动汽车(HEV)等运输工具来说，目前锂离子电池的安全性、倍率性能以及循环寿命都亟待提高。其中一个策略是寻找新的负极材料来替代现有的商用石墨负极材料。因为石墨负极的锂嵌入电位很小(0.1V，相对于Li⁺/Li)，在充放电过程中会形成锂枝晶，从而导致安全问题。因此，尖晶石 Li₄Ti₅O₁₂被认为是可用于HEV或EV高倍率锂离子电池的负极材料。因为其高达1.55V的锂嵌入电位可以避免锂枝晶的析出。但是，这种相对较高的锂嵌入电位往往会降低电池的电压和能量密度。

所以，为了让锂离子电池具有适当电压，同时又能避免锂枝晶的析出，人们把目光聚焦于具有约1V工作电位的锂离子电池负极材料的研发。目前，具有约 1V工作电位的锂离子电池负极材料有：LiEuTiO₄，BiPO₄，Li(V_0.5Ti_0.5)S₂，LiVS₂， LiTiS₂和Li₂C₈H₄O₄等。在这些材料中，LiEuTiO₄由于其良好的电化学性能而颇受关注。然而，为了实现LiEuTiO₄的实际应用，需要提高其容量，倍率性能和循环稳定性。

最近，中空结构被认为是二次电池电极材料的理想形貌结构之一。因为中空结构可通过提供大表面积和减小扩散长度来促进电荷传递。在本发明专利中，以原位形成的Eu纳米颗粒作为模板，通过等离子体技术成功地制备出了非晶 LiEuTiO₄纳米囊泡。研究证明，非晶LiEuTiO₄纳米囊泡可用作电动车辆或混合动力电动车辆高倍率锂离子电池的低工作电压负极材料。

发明内容

在本发明工作中，以5％氢气(H₂)/95％氩气(Ar)为气氛，在等离子体场中通过三(乙酰丙酮)(1,10-菲咯啉)铕、硬脂酸锂和二氨四氯化钛的反应制备出了非晶 LiEuTiO₄纳米囊泡，其平均粒径为25nm，壳厚度约为3nm，比表面积为25.4m²·g^-1。研究表明，非晶LiEuTiO₄纳米囊泡具有：1)优异的倍率性能，在0.2Ag^-1时，具有285.1mAhg^-1的大可逆放电容量；在10Ag^-1时，具有185.7mAhg^-1的高倍率放电容量；2)优异的循环性能，在0.1Ag^-1时，循环1000次以后仍然保持有 282mAhg^-1的放电容量。

本发明采用如下的技术方案：