一種鈦酸鋰-二氧化鈦復(fù)合材料制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰電池負(fù)極材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著手機(jī)、平板電腦和電動汽車等移動電力電子設(shè)備的快速發(fā)展，作為鋰離子電池負(fù)極的碳材料由于較不穩(wěn)定的循環(huán)特性和倍率特性，已經(jīng)不能滿足高功率，高電流密度的電力器件應(yīng)用。鈦酸鋰(Li4Ti5O12)材料具有明顯的充放電平臺，電壓平臺位于
1.55V(VS.Li/Li+)附近，不容易引起金屬鋰產(chǎn)生鋰枝晶，不會在使用過程中熱失控，極大的提高鋰離子電池的安全性能。并且鈦酸鋰材料在充放電過程中，晶胞體積變化較小，僅為
0.1%?0.3%，具有相對較好的循環(huán)性能。目前文獻(xiàn)報導(dǎo)容量約為150mA/g?180mA/g，(TimNordh,et al.Depth profiling the sol id electrolyte interphase on lithiumtitanate(Li4Ti50i2)using synchrotron-based photoelectron spectroscopy,Journalof Power Sources，2015:294，173-179.Zhao Huang,el al.Enhancing the high-rateperformance of Li4Ti50i2anode material for lithium-1on battery by a wet ballmilling assisted sol id-state react 1n and ultra-high speed nano-pulverizat1n ,Journal of Power Sources，2014:266，60_65)。但由于鎮(zhèn)；酸裡材料導(dǎo)電性較差，高電流充電放電效果不佳，倍率性能有待提高。據(jù)報道，采用鈦酸鋰-二氧化鈦復(fù)合材料(Li4Ti5O12-T12)能夠有效地提高Li4Ti5O12材料的晶界，提高Li4Ti5O12與T12的晶界能夠有效的提供Li離子的傳輸通道。因此，制備具有納米多維多孔結(jié)構(gòu)的Li4Ti5O12-T12復(fù)合材料是解決單純Li4Ti5O1JI料的缺點(diǎn)的主要方法。近些年來，采用生物模板法制備多維多孔材料是制備新型微納材料的有效方法，本發(fā)明通過利用生物模板，溶膠凝膠法制備鈦酸鋰-二氧化鈦復(fù)合材料，制備工藝簡單，適合用來制備鋰離子電池負(fù)極材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種鈦酸鋰-二氧化鈦復(fù)合材料制備方法，它能有效地解決多維多孔微納材料的成形問題。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:本發(fā)明采用溶膠凝膠法，主要分為基底清洗、膠體配置、浸漬涂膠、燒結(jié)成相四個過程。首先將作為生物模板的蝴蝶翅膀在酒精中清洗;然后將乙酸鋰和鈦酸四丁酯溶解在有機(jī)溶劑中，配置成鈦酸鋰前驅(qū)體溶劑;將鈦酸鋰前驅(qū)體溶液用滴管涂覆清洗后干燥的蝴蝶翅膀表面，或者將蝴蝶翅膀浸漬在鈦酸鋰前驅(qū)體溶液中，使鈦酸鋰前驅(qū)體均勻的附著在蝴蝶翅膀表面;最后將蝴蝶翅膀干燥后放置在管式爐中在氧氣氛下燒結(jié)，去掉有機(jī)骨架，獲得具有多維多級微納結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰-二氧化鈦復(fù)合材料。
[0005]具體制備方法包括如下步驟:
[0006]步驟a、將采集到的作為生物模板的蝴蝶翅膀在乙醇溶液中反復(fù)清洗后，放在干燥箱中干燥，備用。
[0007]步驟b、配置鈦酸鋰前驅(qū)體溶液:將鋰離子和鈦離子按照摩爾比為4?4.5:5的比例，用天平稱量乙酸鋰粉體，量筒稱量鈦酸四丁酯溶液，并把它們共同放入有機(jī)溶劑中，同時在該混合溶液中加入水解抑制劑攪拌，再放入超聲機(jī)中進(jìn)行超聲，得到均勻透明的鈦酸鋰前驅(qū)體溶液，備用。
[0008]步驟C、將步驟a中清洗干燥的蝴蝶翅膀平鋪在載玻片上，再將步驟b配置的鈦酸鋰前驅(qū)體溶液用滴管均勻涂覆到蝴蝶翅膀表面，然后放置在干燥箱中干燥，備用。
[0009]步驟d、將步驟c中干燥過后的蝴蝶翅膀用兩片石英片夾緊，放置在陶瓷坩禍或石英舟內(nèi)，然后將坩禍或石英舟放置在管式爐中，通入氧氣，以升溫速率為l°C/min的速度升溫至800°C，保溫時間為I小時，然后將爐溫自然冷卻至常溫，取出樣品，即得到具有蝴蝶翅膀微觀結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰-二氧化鈦復(fù)合材料。
[0010]步驟b所述的有機(jī)溶劑是甲醇或乙醇;加入的水解抑制劑為丙酸、草酸或乙酸的一種。
[0011 ] 步驟b所述配置鈦酸鋰前驅(qū)體溶液的濃度為0.05mol/L?0.lmol/L。
[0012]步驟c所述干燥箱中的干燥溫度為80°C，干燥時間為8小時。
[0013 ]步驟d所述管式爐內(nèi)氣氛可以為空氣、氧氣。
[0014]該方法成本低，制備步驟簡單，工藝重復(fù)性高，不污染環(huán)境。提供一種具有良好倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性的用作鋰離子負(fù)極的納米鈦酸鋰-二氧化鈦復(fù)合材料方法。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0016]本發(fā)明利用了天然生物作為生物模板，采用簡單的溶膠凝膠法，制備多維多孔鈦酸鋰-二氧化鈦復(fù)合材料，方法簡單，成本低廉。
[0017]本發(fā)明制備得到多維多孔鈦酸鋰-二氧化鈦復(fù)合材料，有效的提高了鈦酸鋰-二氧化鈦復(fù)合材料的比表面積，鈦酸鋰-二氧化鈦復(fù)合結(jié)構(gòu)增加了鈦酸鋰材料的晶界，為鋰離子提供了通道。采用多維多孔結(jié)構(gòu)以及鈦酸鋰-二氧化鈦復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠有效的提高鈦酸鋰作為鋰電池負(fù)極的倍率性能，多維多孔鈦酸鋰-二氧化鈦復(fù)合材料可作為鋰離子電池負(fù)極材料廣泛應(yīng)用于高性能離子電池領(lǐng)域
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的X射線衍射圖譜。
[0019]圖2是本發(fā)明實(shí)施例一的2000倍掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
[0020]圖3是本發(fā)明實(shí)施例一的10000倍掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
[0021]圖4是本發(fā)明實(shí)施例一的在1.0?3.0￥電壓下0.5(:，2(:，5(:，20(:倍率下充放電平臺曲線圖。
[0022]圖5是本發(fā)明實(shí)施例一在0.5C和20C倍率下的循環(huán)性能圖。
[0023]圖6是是本發(fā)明實(shí)施例二的5000倍掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
[0024]圖7是是本發(fā)明實(shí)施例二的20000倍掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
[0025]圖8是本發(fā)明實(shí)施例三的X射線衍射圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本明作一進(jìn)步的描述。
[0027]實(shí)施例一
[0028]本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】是:
[0029]步驟一、將采集到的蝴蝶翅膀在乙醇溶液中反復(fù)清洗后，放在干燥箱中干燥，備用；
[0030]步驟二、用天平稱量0.4g乙酸鋰粉體，量筒稱量2.6ml鈦酸四丁酯溶液，以鋰離子和鈦離子的摩爾比為4: 5的比例，將稱量的乙酸鋰粉體和鈦酸四丁酯溶液放入50ml的燒杯中，加入30ml乙醇和丙酸的混合液作為溶劑，乙醇和丙酸比例為2:1，其中丙酸作為水解抑制劑，同時在該混合溶液中加以攪拌，所配置的混合溶液濃度為0.05mol/L。再放入超聲機(jī)中進(jìn)行超聲10分鐘，得到均勻透明的鈦酸鋰前驅(qū)體溶液，備用。
[0031]步驟三、將經(jīng)步驟一處理的蝴蝶翅膀放置在載玻片上，使用滴管吸取配置好的鈦酸鋰前驅(qū)液均勻涂覆蝴蝶翅膀表面，將涂覆了鈦酸鋰前驅(qū)液的樣品放置在80 0C烘箱中干燥，干燥時間為8小時。
[0032]步驟四、將干燥后的樣品置于管式爐中燒結(jié)，使?fàn)t溫從室溫rC/min緩慢升至800°c，保溫I小時，隨后爐溫緩慢降至室溫取出，即得到具有仿生多維多孔結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰-二氧化鈦復(fù)合材料。
[0033]實(shí)施例二
[0034]本例的制備方法依次由以下步驟構(gòu)成:
[0035]步驟一、將采集到的蝴蝶翅膀在乙醇溶液中反復(fù)清洗后，放在干燥箱中干燥，備用；
[0036]步驟二、用天平稱量0.79g乙酸鋰粉體，量筒稱量5.2ml鈦酸四丁酯溶液，以鋰離子和鈦離子的摩爾比為4: 5的比例，將稱量的乙酸鋰粉體和鈦酸四丁酯溶液放入50ml的燒杯中，加入30ml乙醇和丙酸的混合液作為溶劑，乙醇和丙酸比例為2:1，其中丙酸作為水解抑制劑，同時在該混合溶液中加以攪拌，所配置的混合溶液濃度為0.lmol/L。再放入超聲機(jī)中進(jìn)行超聲10分鐘，得到均勻透明的鈦酸鋰前驅(qū)體溶液，備用。
[0037]步驟三、將經(jīng)步驟一處理的蝴蝶翅膀放置在載玻片上，使用滴管吸取配置好的鈦酸鋰前驅(qū)液均勻涂覆蝴蝶