一种锂离子电池TiO2负极的改性方法技术

本发明专利技术提出的是一种锂离子电池TiO2负极的改性方法，具体包括如下步骤：将TiO2粉末在含氢的气氛中进行氢化热处理，处理温度为200～600℃，反应完全后得到氢化TiO2粉末，将氢化TiO2粉末分散于含氟离子的溶液中，并在60～250℃下液相反应，对氢化TiO2粉末进行氟化处理，反应完全后将产物离心收集，洗涤至中性，真空干燥后得到氢氟共掺杂TiO2材料。本发明专利技术通过氢化与氟化处理制备得到氢氟共掺杂TiO2材料，其工艺条件要求低、设备简易、成本低廉，易于推广和进行规模化生产；所制备的氢氟共掺杂TiO2材料用作锂离子电池负极时，表现出更高的比容量和更优良的倍率性能，较原料市售TiO2粉末的储锂负极性能有较大提升。储锂负极性能有较大提升。储锂负极性能有较大提升。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池TiO2负极的改性方法


[0001]本专利技术涉及的是一种锂离子电池TiO2负极的改性方法，属于医药分析


技术介绍

[0002]全球变暖和化石能源耗竭两大问题使能源的转化和储备面临着巨大的挑战，新材料的研发对于应对这两个问题起到至关重要的作用。锂离子电池以其高能量密度、高功率密度、循环寿命长、安全性好及无污染等特点成为便携式电子设备及未来规模储能和车用动力电池的理想电源。提高锂离子电池性能的关键是开发新型高容量、大倍率和长寿命的储锂材料，而负极材料作为锂离子电池内至关重要的组成部分之一，决定着整个电池体系的可逆容量和倍率性能。二氧化钛(TiO2) 具有335mAh
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‑1的理论容量和良好的电化学稳定性，因而在锂离子电池领域得到了广泛的关注与研究。但是，TiO2受限于极低的电子导电率和离子扩散速率，其实际电化学储锂性能，特别是倍率性能远不能满足实际应用的需要。
[0003]为了改善TiO2的动力学缺陷，提升其电化学性能，研究人员进行了大量研究并取得了一些有价值的研究结果。主要改性策略包括纳米结构化来缩短电子和离子的传输距离，或者通过与导电剂复合来提升材料的电子传输能力。专利申请号为201610608242.8的专利技术专利公开了一种制备复合碳与硫化钼的TiO2纳米材料，其性能虽然有所提升，但在170mA g
‑1的电流密度下仅得到160mAh
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‑1的比容量。专利申请号为201711320398.7的专利技术专利公开了一种高导电碳布负载从而提升材料的导电性及储锂能力的TiO2材料，然而，除去碳布的储锂贡献外， TiO2材料本身的活性仍有待提高。以上纳米结构化和复合导电剂的方法都不能提升材料本身的电子和离子输运性能，因而对材料本征电化学性能的改善非常有限。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有锂离子电池中TiO2电极材料在容量和倍率性能方面存在的上述问题，提出一种锂离子电池TiO2负极的改性方法，该方法改性工艺简单，操作方便，所制备的氢氟共掺杂TiO2材料用作锂离子电池负极时，具有较高的比容量和良好的倍率性能。
[0005]本专利技术的技术解决方案：一种锂离子电池TiO2负极的改性方法，具体包括如下步骤：
[0006](1)将TiO2粉末在含氢的气氛中进行氢化热处理，处理温度为200～600℃，反应完全后得到氢化TiO2粉末；
[0007](2)将步骤(1)得到的氢化TiO2粉末分散于含氟离子的溶液中，并在60～ 250℃下液相反应，对氢化TiO2粉末进行氟化处理，反应完全后将产物离心收集，洗涤至中性，真空干燥后得到氢氟共掺杂TiO2材料。
[0008]进一步的，所述步骤(1)中的TiO2粉末采用800目的振动筛进行筛分处理，其粒径小于800目。
[0009]进一步的，所述步骤(1)中含氢的气氛为纯氢气，或者为含有氢气的混合气体，如氩氢混合气。
[0010]进一步的，所述步骤(1)中将筛分后的样品置于石英舟中，并将石英舟置于气氛管式炉中间位置，进行氢化热处理，反应温度优选为300～500℃，反应时间为0.1～24小时，优选为0.5～6小时。
[0011]进一步的，所述步骤(2)中含氟离子的溶液包括氢氟酸、氟化铵、氟化钠和氟化钾中的一种或多种的混合水溶液。
[0012]进一步的，所述步骤(2)中含氟离子的溶液的氟离子浓度为0.01
‑
1mol/L；所述氟离子与氢化TiO2粉末与的物质的量之比大于等于0.1。
[0013]进一步的，所述步骤(2)中液相反应的容器为聚四氟乙烯反应釜，反应温度优选为100～200℃，反应时间为0.1～24小时，优选为0.5～12小时。
[0014]采用所述改性方法所制备的氢氟共掺杂TiO2材料，该材料呈不规则颗粒状，表面凹凸不平，其粒径为50
‑
100nm。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0016]1)本专利技术采用市售TiO2粉末为原材料，材料易得；通过氢化与氟化处理制备得到氢氟共掺杂TiO2材料，其中氢化热处理加快了材料体相的电子传导，而氟化处理则提高了TiO2的储锂活性，并促进锂离子的扩散；该改性方法的工艺条件要求低、设备简易、成本低廉，易于推广和进行规模化生产；
[0017]2)与原料市售TiO2粉末相比，本专利技术所制备的氢氟共掺杂TiO2材料用作锂离子电池负极时，表现出更高的比容量和更优良的倍率性能：电化学测试结果显示本专利技术所制备的氢氟共掺杂TiO2材料在1C(335mA
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‑1)倍率下的可逆容量为140mAh
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‑1，较原料市售TiO2粉末的储锂负极性能有较大提升。
附图说明
[0018]附图1是实施例1所得到的氢氟共掺杂TiO2材料的TEM图。
[0019]附图2是实施例1所得到的氢氟共掺杂TiO2材料的XRD测试结果图。
[0020]附图3是实施例1所得到的氢氟共掺杂TiO2材料制备成电极在不同倍率下的充放电曲线图。
[0021]附图4是未改性的TiO2材料制备成电极在不同倍率下的充放电曲线图。
[0022]附图5是实施例2所得到的氢氟共掺杂TiO2材料制备成电极在不同倍率下的充放电曲线图。
[0023]附图6是实施例3所得到的氢氟共掺杂TiO2材料制备成电极在不同倍率下的充放电曲线图。
[0024]附图7是实施例4所得到的氢氟共掺杂TiO2材料制备成电极在不同倍率下的充放电曲线图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和实施例进一步说明本专利技术的技术方案。以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0026]本专利技术以下实施例中，氢氟共掺杂TiO2材料的储锂性能测试步骤如下：
[0027]将氢氟共掺杂TiO2材料与导电剂炭黑、粘结剂按质量比7：2：1均匀混合的复合电极作为工作电极，以金属锂片为对电极，以浓度为1M的LiPF
6 (ED:DMC:EMC体积比1:1:1)溶液为电解液组装成锂离子电池，然后在1
‑
3V 间进行充放电测试。
[0028]实施例1
[0029]将市售TiO2粉用800目振动筛进行筛分，筛分后的样品置于石英舟中，并将石英舟置于气氛管式炉中间位置，在氩氢混合气(氩氢体积比为95：5)氛围下在升温至450℃并保温6h，待管式炉自然冷却后取出样品得到氢化TiO2材料。然后，将0.2g氢化TiO2材料置于25mL聚四氟乙烯反应釜中，并加入15mL浓度为0.1mol/L的氢氟酸溶液，在200℃水热反应6h。将反应后的样品离心收集并用水充分洗涤至中性，真空干燥后得到氢氟共掺杂TiO2材料。
[0030]氢氟共掺杂TiO2材料的微观形貌和晶体结构分别如图1和图2所示。由图1 可看出，该材料呈不规本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池TiO2负极的改性方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：(1)将TiO2粉末在含氢的气氛中进行氢化热处理，处理温度为200～600℃，反应完全后得到氢化TiO2粉末；(2)将步骤(1)得到的氢化TiO2粉末分散于含氟离子的溶液中，并在60～250℃下液相反应，对氢化TiO2粉末进行氟化处理，反应完全后将产物离心收集，洗涤至中性，真空干燥后得到氢氟共掺杂TiO2材料。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池TiO2负极的改性方法，其特征在于，所述步骤(1)中的TiO2粉末采用800目的振动筛进行筛分处理，其粒径小于800目。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池TiO2负极的改性方法，其特征在于，所述步骤(1)中含氢的气氛为纯氢气，或者为含有氢气的混合气体。4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池TiO2负极的改性方法，其特征在于，所述步骤(1)中将筛分后的样品置于石英舟中，并将石英舟置于气氛管式炉中间位置，进行氢化热处理，反应温度为300～500℃，反应时间为0.1～24小时。5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池TiO2负极的改性方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪江锋，俞海洋，郑铁江，蒋国强，马阳升，吴晓明，缪世军，
申请(专利权)人：江苏百川高科新材料股份有限公司苏州大学，
类型：发明
国别省市：