一種納米鈮酸鈦的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本申請屬于新能源材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種納米銀酸鈦的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈮酸鈦(TiNb207)具有與鈦酸鋰類似的充放電電壓平臺(1.65V vs.Li+/Li)，能夠有效避免固體電解質(zhì)氧化膜(SEI)的形成，具有優(yōu)良的安全性;該材料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;該材料的理論比容量為387mAh/g，是鈦酸鋰材料的兩倍。因此，鈮酸鈦被認(rèn)為是極具發(fā)展前景的高性能電池負(fù)極材料，受到研究者的廣泛關(guān)注。然而，由于鈮酸鈦材料本征電子和離子導(dǎo)電能力較低，使其在大電流密度下充放電時(shí)容量衰減較快、倍率性能較差，制約了其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。
[0003]目前，鈮酸鈦材料的合成方法主要為固相法。雖然固相法具有工藝簡單、操作方便等特點(diǎn)，但是其一般需要高溫下長時(shí)間煅燒，能耗大，并且制備的產(chǎn)品一般顆粒較大，電化學(xué)性能特別是倍率性能不理想。Lu等人利用固相法，在1350°C下反應(yīng)24小時(shí)，得到了尺寸約為20μπι的鈮酸鈦材料(Lu X.Jian Z.，F(xiàn)ang Z.，Gu L.,Hu Y.S.,Chen ff.,ffang Z.,ChenL..Atomic-scale investigat1n on lithium storage mechanism in TiNb2〇7.EnergyEnviron.Sc1.，2011,4:2638-2644.)。大量文獻(xiàn)報(bào)道指出，納米材料可以增加電極材料與電解液的接觸面積，能夠改善材料的電化學(xué)性能。Fei等人以SBA-15為模板制備出納米鈮酸鈦，表現(xiàn)出較好的電化學(xué)性能(Fei L.,Xu Y.,ffu X.,Li Y.,Xie P.,Deng S.,Smirnov S.,Luo H..SBA-15confined synthesis of TiNb207nanoparticles for lithium—1nbatteries.Nanoscale ,2013,5:11102-11107.)。但是其制備過程需要模板，增加了生產(chǎn)成本和工藝復(fù)雜度。因此，急需開發(fā)一種工藝簡單、能耗小、產(chǎn)品粒徑小和電化學(xué)性能優(yōu)異的鈮酸鈦的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本申請所要解決現(xiàn)有固相法合成鈮酸鈦，反應(yīng)溫度高，能耗大，危險(xiǎn)高，產(chǎn)品粒徑大，性能不理想的技術(shù)問題，提供了一種納米鈮酸鈦的制備方法
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本申請公開了一種納米鈮酸鈦的制備方法，包括以下步驟:
[0006]a、在攪拌條件下，將表面活性劑溶于無水乙醇；
[0007]b、向步驟a得到的溶液中加入鈮源和鈦源；
[0008]c、將步驟b得到的溶液在30_200°C恒溫?cái)嚢?，得到溶膠；
[0009 ] d、將步驟c得到的溶膠烘干，得到干凝膠；
[0010]e、將步驟d得到的干凝膠在300-1100°C，焙燒1-60小時(shí)，得到納米鈮酸鈦。
[0011]進(jìn)一步的，步驟a所述的表面活性劑包括十六烷基三甲基溴化銨、烷基酚聚氧乙烯
(10)醚、辛基酚聚氧乙烯(9)醚、壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯中的一種或幾種組合。
[0012]進(jìn)一步的，步驟a中所述表面活性劑的濃度為0.0001-8mol/L。
[0013]進(jìn)一步的，步驟a中所述表面活性劑的濃度為0.0001-2mol/L。
[0014]進(jìn)一步的，步驟b中所述的鈮源包括氯化鈮、乙醇鈮、草酸鈮、草酸鈮銨中的一種或幾種組合。
[0015]進(jìn)一步的，步驟b中所述的鈦源包括四異丙醇鈦、硫酸鈦、硫酸氧鈦、四氟化鈦、草酸鈦鉀、四氯化鈦、三氯化鈦、鈦酸丁酯中的一種或幾種組合。
[0016]進(jìn)一步的，步驟b的溶液中鈮離子濃度為0.0l-lOOmol/L，鈦離子濃度為0.004-70mol/Lo
[0017]進(jìn)一步的，步驟c中所述的恒溫?cái)嚢铚囟葹?0_150°C。
[0018]進(jìn)一步的，步驟d中所述干燥條件為50_120°C，干燥1-48小時(shí)。
[0019]進(jìn)一步的，步驟e所述的焙燒溫度為450-1000°C。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請可以獲得包括以下技術(shù)效果:
[0021 ] 1)本申請制備條件溫和，不需要高溫或高壓，工藝簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0022]2)本申請僅需要較低溫度下煅燒幾個(gè)小時(shí)即可得到純相的納米鈮酸鈦，與固相法相比，顯著降低了能耗，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境。
[0023]3)本申請制備的鈮酸鈦尺寸一般小于100nm，并且具有較好的分散性，有利于鋰離子和電子的傳輸，增強(qiáng)了材料的倍率性能。
[0024]4)本申請可以通過調(diào)節(jié)表面活性劑的濃度和類型，調(diào)控材料的形貌和尺寸大小。
[0025]當(dāng)然，實(shí)施本申請的任一產(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。
【附圖說明】
[0026]此處所說明的附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本申請的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0027]圖1為本申請實(shí)施例1制備的納米鈮酸鈦的XRD圖；
[0028]圖2為本申請實(shí)施例1制備的納米鈮酸鈦的掃描電鏡照片；
[0029]圖3為本申請實(shí)施例1制備的納米鈮酸鈦的透射電鏡照片；
[0030]圖4為本申請實(shí)施例1制備的納米鈮酸鈦的電化學(xué)性能曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下將配合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本申請的實(shí)施方式，藉此對本申請如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題并達(dá)成技術(shù)功效的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。
[0032]實(shí)施例一
[0033]a、在磁力攪拌下，取十六烷基三甲基溴化銨220mg溶于50ml無水乙醇中，十六烷基三甲基溴化銨的濃度為0.012mol/L;
[0034]b、向步驟a得到的十六烷基三甲基溴化銨溶液中加入130mg氯化鈮和100mg鈦酸丁酯，使其中鈮離子的濃度為0.0lmol/L，鈦離子的濃度為0.006mol/L;
[0035]c、將步驟b所得溶液置于油浴裝置中，在40°C下恒溫?cái)嚢柚敝辽扇苣z；
[0036]d、將步驟c得到的溶膠放入烘箱中，在60°C下干燥40小時(shí)，直至形成干凝膠；
[0037]e、將步驟d所得干凝膠置于馬弗爐中，在350°C下焙燒48小時(shí)，即得到納米鈮酸鈦。
[0038]實(shí)施例二
[0039]a、在磁力攪拌下，取400mg十二烷基硫酸鈉溶于50ml無水乙醇中，十二烷基硫酸鈉的濃度為0.028mol/L;
[0040]b、向步驟a得到的十二烷基硫酸鈉溶液中加入4.30g草酸鈮和680mg四氟化鈦，使其中銀離子的濃度為0.16mol/L，鈦離子的濃度為0.llmol/L;
[0041 ] c、將步驟b所得溶液置于油浴裝置中，在50°C下恒溫?cái)嚢柚敝辽扇苣z；
[0042]d、將步驟c得到的溶膠放入烘箱中，在70°C下干燥28小時(shí)，直至形成干凝膠；
[0043]e、將步驟d所得干凝膠置于馬弗爐中，在450°C下焙燒35小時(shí)，即得到納米鈮酸鈦。
[0044]實(shí)施例三
[0045]a、在磁力攪拌下，取十二烷基苯磺酸鈉溶于無水乙醇中，十二烷基苯磺酸鈉的濃度為 0.04mol/L;
[0046]b、向步驟a得到的十二烷基苯磺酸鈉溶液中加入氯化鈮、三氯化鈦和四氯化鈦，使其中鈮離子的濃度為67mol/L，鈦離子的濃度為39mol/L;
[0047]c、將步驟b所得溶液置于油浴裝置中，在145°C下恒溫?cái)嚢柚敝辽扇苣z；
[0048]d、將步驟c得到的溶膠放入烘箱中，在100°C下干燥1小時(shí)，直至形成干凝膠；
[0049]e、將步驟d所得干凝膠置于馬弗爐中，在970°C下焙燒1小時(shí)，即得到納米鈮酸鈦。
[0050]實(shí)施例四
[0051]a、在磁力攪拌下，取聚乙烯吡咯烷酮溶于無水乙醇中，聚乙烯吡咯烷酮的濃度為2mol/L；
[0052 ] b、向步驟a得到的聚乙烯吡咯烷酮溶液中加入乙醇鈮、硫酸鈦和硫酸氧鈦，使其中鈮離子的濃度為48mol/L，鈦離子的濃度為35mol