專利名稱：一種鈦酸鹽納米管及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于納米材料制備和應用領域，更具體涉及一種鈦酸鹽納米管及其制備方法和應用。
背景技術：
可充電鋰離子電池是目前手機、筆記本電腦等現(xiàn)代數(shù)碼產(chǎn)品中應用最廣泛的電池，也因為其無污染和環(huán)境友好吸引了研究者的廣泛關注。公開號為“101003385A”公開了一種納米管鈦酸鹽制備方法，該方法以硝酸鹽與納米管鈦酸鈉粉末按摩爾比5-100:1混合均勻，于50-450°C熔融反應3_48h，冷卻、洗滌，除去未參加反應的硝酸鹽，干燥得納米管鈦酸鹽。該納米管鈦酸鹽的內(nèi)徑約為4-lOnm，外徑為 10-16nm，長度在IOnm-IOOnm范圍，呈管狀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鈦酸鹽納米管及其制備方法和應用，該鈦酸鹽納米管具有大比表面，多層壁；制備方法簡便、成本低、純度高，能夠作為電極膜片材料應用在鋰離子電池中，具有良好的電化學循環(huán)性能。本發(fā)明是通過如下技術方案實施的
一種鈦酸鹽納米管的比表面達400 n^.g—1以上，長度為1 μ m以上，直徑為5 15 nm, 納米管為不對稱結構，一邊是三層，一邊是四層，層間距約為0. 7 nm。該鈦酸鹽納米管的制備方法的具體步驟為
取0. 5 100克廉價的工業(yè)生產(chǎn)TiO2為原料和濃度為10 1000毫升5 15摩爾/ 升的堿溶液在聚四氟乙烯容器中混合均勻，混合物在373 473K下反應1 7天；生成的產(chǎn)物PH值調(diào)節(jié)至1 7，蒸餾水洗滌，在323 373K下常壓干燥1 40h得到所述鈦酸鹽納米管。所述的鈦酸鹽納米管可作為電極膜片材料應用在鋰離子電池中。將制備的鈦酸鹽納米管、乙炔黑和聚偏氟乙烯按比例混合，用N，N—二甲基甲酰胺作溶劑，研磨，涂在干燥的鋁箔上，真空干燥，制成電極膜片；制備的電池用所述電極膜片為正極，高純金屬鋰片為負極，電解液為LiPF6，溶劑為體積比為1:1的碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯混合液，制備成鋰離子電池，所述的鈦酸鹽納米管、乙炔黑和聚偏氟乙烯的質(zhì)量比例為60% 70% 20% 30% 10%。所述堿溶液可為氫氧化鈉溶液。所述的pH值調(diào)節(jié)所使用的溶液為0. 1 0. 5摩爾/升的鹽酸或硝酸。所使用的干燥的鋁箔片在使用前應用超聲清洗干凈。本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明在較低溫度下和不添加任何表面活性劑和模板劑的條件下，用簡單的方法制備出了鈦酸鹽納米管，該方法操作簡單，原料易得，低廉，成本低、 產(chǎn)品純度高，所制備的鈦酸鹽納米管比表面達400 m2. g-1以上，長度為1 μ m以上，直徑為5 15 nm，具有不對稱結構，一邊是三層，一邊是四層，層間距約為0.7 nm。正是由于其具 有較大的比表面和多層壁結構，使其作為電極膜片材料應用在鋰離子電池中，在電流密度為0. 02 A/g時，經(jīng)過20次循環(huán)后，其放電比容量仍可達150 mAh/g,電化學循環(huán)性能較好， 展現(xiàn)出的較大充放電比容量和較好的循環(huán)穩(wěn)定性，并且鈦酸鹽納米管的多層壁結構顯著的減少了鋰離子嵌入鈦酸鹽納米管和脫嵌的擴散距離。另外，所制備鈦酸鹽納米管0. 78nm的層間距比商業(yè)化的層狀LiCoO2電極材料大，為鋰離子嵌入和脫嵌過稱提供了理想通道。


圖1是本發(fā)明制備的鈦酸鹽納米管的透射電鏡照片； 圖2是X射線粉末衍射圖3是鈦酸鹽納米管的充放電循環(huán)曲線； 圖4是充放電容量與循環(huán)次數(shù)的關系曲線。
具體實施例方式鈦酸鹽納米管的制備方法的具體步驟為
取0. 5 100克廉價的工業(yè)生產(chǎn)TiO2為原料和濃度為10 1000毫升5 15摩爾/ 升的堿溶液在聚四氟乙烯容器中充分混合均勻，混合物在373 473K下反應1 7天；生成的產(chǎn)物PH值調(diào)節(jié)至1 7，蒸餾水充分洗滌，在323 373K下常壓干燥1 40h得到所述鈦酸鹽納米管。所述的鈦酸鹽納米管可作為電極膜片材料應用在鋰離子電池中。將制備的鈦酸鹽納米管、乙炔黑和聚偏氟乙烯按比例混合，用N，N—二甲基甲酰胺作溶劑，研磨，涂在干燥的鋁箔上，真空干燥，制成電極膜片；制備的電池用所述電極膜片為正極，高純金屬鋰片為負極，電解液為LiPF6，溶劑為體積比為1:1的碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯混合液，制備成鋰離子電池，所述的鈦酸鹽納米管、乙炔黑和聚偏氟乙烯的質(zhì)量比例為60% 70% 20% 30% 10%
所述的N，N—二甲基甲酰的添加量為鈦酸鹽納米管、乙炔黑和聚偏氟乙烯三者質(zhì)量之和的8-12%。所述堿溶液可為氫氧化鈉溶液。所述的pH值調(diào)節(jié)所使用的溶液為0. 1 0. 5摩爾/升的鹽酸或硝酸。制備出來的鈦酸鹽納米管的比表面達400 m2. g—1以上，長度為1 μ m以上，直徑為 5 15 nm，納米管為不對稱結構，一邊是三層，一邊是四層，層間距約為0.7 nm。實施例1
鈦酸鹽納米管的制備方法的具體步驟為
取0. 5克廉價的工業(yè)生產(chǎn)TiO2為原料和濃度為10毫升5摩爾/升的堿溶液在聚四氟乙烯容器中充分混合均勻，混合物在373K下反應1天；生成的產(chǎn)物pH值調(diào)節(jié)至1，蒸餾水充分洗滌，在323K下常壓干燥Ih得到所述鈦酸鹽納米管。所述的鈦酸鹽納米管可作為電極膜片材料應用在鋰離子電池中。所述的鈦酸鹽納米管、乙炔黑和聚偏氟乙烯的質(zhì)量比例為60% 30% 10%。所述的N，N—二甲基甲酰的添加量為鈦酸鹽納米管、乙炔黑和聚偏氟乙烯三者質(zhì)量之和的10%。所述的pH值調(diào)節(jié)所使用的溶液為0. 1摩爾/升的鹽酸。未提及部分與具體實施方式
相同。實施例2
鈦酸鹽納米管的制備方法的具體步驟為
取100克廉價的工業(yè)生產(chǎn)TiO2為原料和濃度為1000毫升15摩爾/升的堿溶液在聚四氟乙烯容器中混合均勻，混合物在473K下反應4天；生成的產(chǎn)物pH值調(diào)節(jié)至4，蒸餾水洗滌，在373K下常壓干燥20h得到所述鈦酸鹽納米管。 所述的鈦酸鹽納米管可作為電極膜片材料應用在鋰離子電池中。所述的鈦酸鹽納米管、乙炔黑和聚偏氟乙烯的質(zhì)量比例為70% 20% 10%。所述的N，N—二甲基甲酰的添加量為鈦酸鹽納米管、乙炔黑和聚偏氟乙烯三者質(zhì)量之和的8%。所述的pH值調(diào)節(jié)所使用的溶液為0. 5摩爾/升的硝酸。
未提及部分與具體實施方式
相同。實施例3
鈦酸鹽納米管的制備方法的具體步驟為
取30克廉價的工業(yè)生產(chǎn)TiO2為原料和濃度為500毫升10摩爾/升的堿溶液在聚四氟乙烯容器中充分混合均勻，混合物在400K下反應7天；生成的產(chǎn)物pH值調(diào)節(jié)至7，蒸餾水充分洗滌，在350K下常壓干燥40h得到所述鈦酸鹽納米管。所述的鈦酸鹽納米管可作為電極膜片材料應用在鋰離子電池中。所述的鈦酸鹽納米管、乙炔黑和聚偏氟乙烯的質(zhì)量比例為65% 25% 10%。所述的N，N—二甲基甲酰的添加量為鈦酸鹽納米管、乙炔黑和聚偏氟乙烯三者質(zhì)量之和的12%。所述堿溶液可為氫氧化鉀溶液。所述的pH值調(diào)節(jié)所使用的溶液為0. 4摩爾/升的鹽酸。未提及部分與具體實施方式
相同。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種鈦酸鹽納米管，其特征在于所述鈦酸鹽納米管比表面達400 m2. g-1以上，長度為1 μ m以上，直徑為5 15 nm，納米管為不對稱結構，一邊是三層，一邊是四層，層間距約為0. 7 nm。
2.一種如權利要求1所述的鈦酸鹽納米管的制備方法，其特征在于所述制備方法的具體步驟為取0. 5 100克廉價的工業(yè)生產(chǎn)TiO2為原料和10 1000毫升濃度為5 15摩爾/ 升的堿溶液在聚四氟乙烯容器中混合均勻，混合物在373 473K下反應1 7天；生成的產(chǎn)物PH值調(diào)節(jié)至1 7，蒸餾水洗滌，在323 373K下常壓干燥1 40h得到所述鈦酸鹽納米管。
3.—種如權利要求1或2所述的鈦酸鹽納米管的應用，其特征在于所述的鈦酸鹽納米管可作為電極膜片材料應用在鋰離子電池中。
4.根據(jù)權利要求3所述的鈦酸鹽納米管的應用，其特征在于將制備的鈦酸鹽納米管、乙炔黑和聚偏氟乙烯按比例混合，用N，N—二甲基甲酰胺作溶劑，研磨，涂在干燥的鋁箔上，真空干燥，制成電極膜片；制備的電池用所述電極膜片為正極，高純金屬鋰片為負極， 電解液為LiPF6，溶劑為體積比為1:1的碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯混合液，制備成鋰離子電池，所述的鈦酸鹽納米管、乙炔黑和聚偏氟乙烯的質(zhì)量比例為60% 70% 20% 30% 10%。
5.根據(jù)權利要求2所述的鈦酸鹽納米管的制備方法，其特征在于所述堿溶液可為氫氧化鈉溶液。
6.根據(jù)權利要求2所述的鈦酸鹽納米管的制備方法，其特征在于所述的pH值調(diào)節(jié)所使用的溶液為0. 1 0. 5摩爾/升的鹽酸或硝酸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鈦酸鹽納米管及其制備方法和應用，鈦酸鹽納米管比表面達400m2.g-1以上，長度為１μｍ以上，直徑為5～15nm，納米管為不對稱結構，一邊是三層，一邊是四層，層間距約為0.7nm。本發(fā)明可在較低溫度下和不添加任何表面活性劑和模板劑的條件下，用簡單的方法制備出了鈦酸鹽納米管，方法操作簡單，原料易得，低廉，成本低、產(chǎn)品純度高，作為電極膜片材料應用在鋰離子電池中，展現(xiàn)出的較大充放電比容量和較好的循環(huán)穩(wěn)定性。
文檔編號H01M4/485GK102161504SQ20101060713
公開日2011年8月24日 申請日期2010年12月27日 優(yōu)先權日2010年12月27日
發(fā)明者鄧其馨, 魏明燈 申請人:福州大學