一種鋰離子電池負(fù)極材料鈮酸鈦的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料鈮酸鈦的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度高、使用壽命長(zhǎng)和環(huán)保等特性被廣泛應(yīng)用于各種便攜式電子產(chǎn)品中。當(dāng)前隨著電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)鋰離子電池提出了更高的要求，特別是在安全性、充電速度和續(xù)航里程等方面。目前商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極材料仍局限于石墨類碳材料，其較低的安全性和倍率性能無(wú)法滿足電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的要求，因此，迫切需要研發(fā)新型的高性能負(fù)極材料。
[0003]鈮酸鈦(TiNb6O17)作為一種新型的負(fù)極材料，相比于石墨類碳材料具有較高的體積比容量和更好的安全性;此外，該材料具有優(yōu)良的倍率充放電性能和循環(huán)穩(wěn)定性。因此在鋰離子電池特別是動(dòng)力型鋰離子電池方面具有廣闊的發(fā)展前景。與其他過(guò)渡金屬氧化物類似，鈮酸鈦的電導(dǎo)率較低，導(dǎo)致其在充放電過(guò)程中極化大，倍率性能不理想。
[0004]大量文獻(xiàn)報(bào)道指出，電極材料的形貌結(jié)構(gòu)和尺寸對(duì)其電化學(xué)性能有較大影響。具有特殊形貌結(jié)構(gòu)的電極材料可以增大與電解液的接觸面積，小的顆粒尺寸可以縮短鋰離子的擴(kuò)散距離，都有利于鋰離子的擴(kuò)散，進(jìn)而有助于提高材料的電化學(xué)性能。目前關(guān)于鈮酸鈦材料僅有的一篇文獻(xiàn)報(bào)道采用的是高溫固相法，制得的鈮酸鈦的顆粒尺寸較大(約1-2微米)，倍率性能不理想(C.Lin，G.Wang ,S.Lin,J.Li,L.Lu,TiNb6017:a new electrodematerial for lithium-1on batteries，Chem.Commun.，2015，51:8970-8973.)。關(guān)于形貌和尺寸對(duì)鈮酸鈦材料電化學(xué)性能影響的研究還未見文獻(xiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有制備方法得到的鈮酸鈦材料顆粒較大，擴(kuò)散距離較長(zhǎng)，影響鈮酸鈦材料電化學(xué)性能的問(wèn)題。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開了一種鋰離子電池負(fù)極材料鈮酸鈦的制備方法，具體包括以下步驟:
[0007]I)將鈮源和鈦源分別溶于一定量的醋酸中，然后緩慢混合，其中鈮離子濃度為0.002-5.0mol/L；
[0008]2)將步驟I)所得混合液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，置于恒溫干燥箱中加熱反應(yīng)；
[0009]3)待反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，將步驟2)所得沉淀產(chǎn)物用去離子水和乙醇分別洗滌，然后真空干燥得到粉體；
[0010]4)將步驟3)所得粉體焙燒，得到鈮酸鈦(T iNb6017)材料。
[0011 ] 進(jìn)一步的，步驟I)中所述鈮源和鈦源的原子比為鈮/鈦=5.2-6.7:1。
[0012]進(jìn)一步的，步驟I)中所述鈮源為乙醇鈮和五氯化鈮中的一種或兩種混合。
[0013]進(jìn)一步的，步驟I)中所述鈦源為四異丙醇鈦、硫酸鈦、硫酸氧鈦和鈦酸丁酯中的一種或幾種混合。
[0014]進(jìn)一步的，步驟2)中所述反應(yīng)條件為60-260°C下反應(yīng)2-48小時(shí)。
[0015]優(yōu)選的，步驟2)中所述反應(yīng)溫度為100_255°C。
[0016]進(jìn)一步的，步驟3)所述沉淀物用去離子水和乙醇分別洗滌三次。
[0017]進(jìn)一步的，步驟3)所述干燥溫度為70_130°C。
[0018]進(jìn)一步的，步驟4)所述焙燒條件為500-1300°C下焙燒2-52小時(shí)。
[0019]優(yōu)選的，步驟4)中所述焙燒溫度為650-1200°C。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以獲得包括以下技術(shù)效果:
[0021]I)本發(fā)明制備的鈮酸鈦材料呈球形，且尺寸小，平均尺寸約為500納米，有利于提高鋰離子在材料中的擴(kuò)散速率。
[0022]2)本發(fā)明制備的鈮酸鈦材料作為鋰離子電池負(fù)極具有較高的充放電比容量和優(yōu)異倍率循環(huán)性能。
[0023]3)本發(fā)明的制備方法，條件溫和，步驟簡(jiǎn)單，易于操作，便于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0024]當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品必不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有技術(shù)效果。
【附圖說(shuō)明】
[0025]此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0026]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鈮酸鈦材料的XRD圖；
[0027]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鈮酸鈦材料的掃描電鏡照片；
[0028]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鈮酸鈦材料在I和1C倍率下的首次充放電曲線；
[0029]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鈮酸鈦材料的循環(huán)性能曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下將配合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，藉此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題并達(dá)成技術(shù)功效的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。
[0031]實(shí)施例1
[0032]I)將乙醇鈮和鈦酸丁酯按照原子比鈮/鈦=5.82:1分別溶于一定量的醋酸中，然后緩慢混合，其中，鈮離子濃度為0.02mol/L;
[0033]2)將步驟I)所得混合液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，置于恒溫干燥箱中，在160°C下反應(yīng)48小時(shí)；
[0034]3)自然冷卻至室溫，將所得沉淀物用去離子水和乙醇分別洗滌三次，然后于73°C下干燥得到粉體；
[0035]4)將步驟3)所得粉體在1100 °C下焙燒12小時(shí)，即得鈮酸鈦(TiNb60n)材料。
[0036]實(shí)施例2
[0037]I)將五氯化鈮和硫酸鈦按照原子比鈮/鈦=5.63:1分別溶于一定量的醋酸中，然后緩慢混合，其中，鈮離子濃度為I.lmol/L;
[0038]2)將步驟I)所得混合液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，置于恒溫干燥箱中，在245°C下反應(yīng)36小時(shí)；
[0039]3)自然冷卻至室溫，將所得沉淀物用去離子水和乙醇分別洗滌三次，然后于80°C下干燥得到粉體；
[0040]4)將步驟3)所得粉體在830°C下焙燒24小時(shí)，即得鈮酸鈦(TiNb6On)材料。
[0041 ] 實(shí)施例3
[0042]I)將乙醇鈮和四異丙醇鈦按照原子比鈮/鈦=5.2:1分別溶于一定量的醋酸中，然后緩慢混合，其中，鈮離子濃度為0.002mol/L;
[0043]2)將步驟I)所得混合液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，置于恒溫干燥箱中，在60°C下反應(yīng)48小時(shí)；
[0044]3)自然冷卻至室溫，將所得沉淀物用去離子水和乙醇分別洗滌三次，然后于lilt:下干燥得到粉體；
[0045]4)將步驟3)所得粉體在500°C下焙燒48小時(shí)，即得鈮酸鈦(TiNb6On)材料。
[0046]實(shí)施例4
[0047]I)將五氯化鈮和鈦酸丁酯按照原子比鈮/鈦=5.75:1分別溶于一定量的醋酸中，然后緩慢混合，其中，鈮離子濃度為0