一種鈮酸鈦介孔微球的制備方法
【技術領域】
[0001 ]本申請屬于新能源材料領域，具體地說，涉及一種銀酸鈦介孔微球的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著人們環(huán)保意識的增強，電動汽車越來越受到人們的關注。鋰離子電池雖然被認為是電動汽車的理想動力源，但是其安全性、功率密度和比容量還有待進一步提高。目前商業(yè)化的鋰離子電池一般以石墨類碳材料為負極，碳負極材料易引起鋰枝晶的生成，引發(fā)安全性問題，此外碳負極材料不能進行快速充放電。鈦酸鋰與碳材料相比雖具有高的安全性和優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性，但是其理論比容量較低(175mAh/g)，約為碳材料的二分之一。
[0003]鈮酸鈦(TiNb2O7)與鈦酸鋰類似，具有高的電極電位(1.65V vs.Li+/Li)，不易引起鋰枝晶的產(chǎn)生，具有優(yōu)良的安全性;在充放電過程中體積變化小，具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性；而且該材料的理論比容量(387mAh/g)高于碳材料的理論比容量。因此，鈮酸鈦被認為是很具發(fā)展前景的動力電池負極材料，受到人們的廣泛關注。但是由于該材料的電導率較低，使其倍率性能不理想，制約了其商業(yè)化應用。
[0004]當前鈮酸鈦主要采用高溫固相法制備，該方法雖然工藝簡單，易規(guī)?；a(chǎn)，但是其能耗大，且產(chǎn)品的顆粒尺寸較大。大的顆粒尺寸不利于鋰離子和電子的傳輸，使其電化學性能較差。介孔材料具有大的比表面積和孔體積，有利于增大電解液與電極材料的接觸面積，可以縮短鋰離子和電池的擴散距離，減少電極極化等。Li等人以乙醇為溶劑，利用溶劑熱法合成出由納米粒子組裝形成的介孔微球，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能(Li H1Shen L,Pang GjFang S,Luo HjYang K and Zhang X.TiNb207nanoparticles assembled intohierarchical microspheres as high—rate capability and longcycle-life anodematerials for lithium 1n batteries.Nanoscale，2015，7:619-624.)0

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本申請所要解決的技術問題是提供了一種鈮酸鈦介孔微球的制備方法，該方法通過調(diào)節(jié)異丙醇和丙三醇的比例、反應物濃度、水熱條件可以調(diào)控樣品形貌和尺寸大小;制備的鈮酸鈦介孔微球作為鋰離子電池負極材料具有優(yōu)異的電化學性能。
[0006]為了解決上述技術問題，本申請公開了一種鈮酸鈦介孔微球的制備方法，具體包括以下步驟:
[0007]I)將異丙醇和丙三醇按一定比例混合，攪拌0.1-20小時；
[0008]2)將鈦源和鈮源按原子比鈦/鈮= 0.4-0.9分別加入到步驟I)制備得到的混合液中，攪拌至澄清，其中鈦離子的濃度為0.001-32mol/L；
[0009]3)將步驟2)所得混合液裝入內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應釜中，置于恒溫干燥箱中，在100-260°C下加熱2-60小時；
[0010]4)反應后冷卻至室溫，將所得沉淀分別用去離子水和乙醇洗滌數(shù)次，然后在60-130°C下真空干燥得到白色粉體；[0011 ] 5)將步驟4)所得白色粉體在350-1200°C下焙燒1-65小時，即得鈮酸鈦介孔材料。
[0012]進一步地，步驟1)中異丙醇和丙三醇的體積比為1:10-8:1。
[0013]進一步地，步驟2)中鈦源為硫酸氧鈦、四氟化鈦、四異丙醇鈦、硫酸鈦、草酸鈦鉀、四氯化鈦、三氯化鈦、鈦酸丁酯中的一種或幾種。
[0014]進一步地，步驟2)中鈮源為草酸鈮、乙醇鈮、五氯化鈮、草酸鈮銨中的一種或幾種。
[0015]進一步地，步驟3)中加熱溫度為110_240°C。
[0016]進一步地，步驟5)中焙燒溫度為400-1000°C。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本申請可以獲得包括以下技術效果:
[0018]1)本發(fā)明制備的鈮酸鈦介孔微球具有較大的比表面積和孔體積，增加了電極材料與電解液的接觸面積，大幅提高了材料的電化學性能。
[0019]2)本發(fā)明制備的鈮酸鈦介孔微球，既具有納米電極材料擴散路徑短的優(yōu)點，又具有微米材料穩(wěn)定性好的優(yōu)點。
[0020]3)本發(fā)明可以通過調(diào)節(jié)丙醇和丙三醇的比例、反應物濃度和水熱條件調(diào)控樣品形貌和尺寸大小。
[0021]4)本發(fā)明具有工藝簡單，產(chǎn)品形貌和尺寸易于控制等特點，可廣泛應用其它無機功能材料的制備。
[0022]當然，實施本申請的任一產(chǎn)品必不一定需要同時達到以上所述的所有技術效果。
【附圖說明】
[0023]此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構成本申請的一部分，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。在附圖中:
[0024]圖1是本申請實施例1制備鈮酸鈦介孔微球的XRD圖；
[0025]圖2是本申請實施例1制備鈮酸鈦介孔微球的掃描電鏡照片；
[0026]圖3是本申請實施例1制備鈮酸鈦介孔微球的電化學性能曲線圖。
【具體實施方式】
[0027]以下將配合附圖及實施例來詳細說明本申請的實施方式，藉此對本申請如何應用技術手段來解決技術問題并達成技術功效的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。
[0028]實施例1
[0029](a)將異丙醇和丙三醇按1:3的比例混合，攪拌6小時；
[0030](b)將四氯化鈦和五氯化鈮按原子比鈦/鈮= 0.48分別加入到上述混合液中，攪拌至澄清，其中鈦離子的濃度為0.17mol/L;
[0031](c)將步驟(b)所得混合液裝入內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應釜中，置于恒溫干燥箱中，在130°C下加熱32小時；
[0032](d)反應后冷卻至室溫，將所得沉淀分別用去離子水和乙醇洗滌數(shù)次，然后在65°C下真空干燥得到白色粉體。
[0033](e)將步驟(d)所得白色粉體在600°C下焙燒35小時，即得鈮酸鈦介孔材料。
[0034]通過實施例1制備得到的鈮酸鈦介孔微球的XRD圖如圖1所示，樣品的衍射峰與鈮酸鈦的標準衍射峰完全吻合，沒有發(fā)現(xiàn)雜質峰，說明樣品較純;并且衍射峰較寬，說明樣品的顆粒尺寸較小。通過實施例1制備得到的鈮酸鈦介孔微球的掃描電鏡照片如圖2所示，樣品形貌為均勻的微球，并且在微球的表面可以觀察到明顯的孔洞；另外從超散的微球中可以看出，微球是由納米粒子組裝形成的。通過實施例1制備得到的鈮酸鈦介孔微球的電化學性能曲線圖如圖3所示，樣品展現(xiàn)出較好的倍率性能，在20C倍率下的容量約為220mAh/g;在50C倍率下的容量仍能保持在170mAh/g左右。
[0035]實施例2
[0036](a)將異丙醇和丙三醇按1:5比例混合，攪拌6小時；
[0037](b)將