本發(fā)明屬于鈉離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域，具體涉及一種圓形多孔TiO₂納米片的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

鋰離子電池具有能量密度大、電壓高和循環(huán)壽命長等顯著優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于移動電子設(shè)備、國防工業(yè)、電動汽車等領(lǐng)域。但是隨著鋰離子電池的大量制造應(yīng)用，鋰（碳酸鋰）的價(jià)格不斷上升，且鋰的資源在地球中的儲量本身就比較少。鈉元素在地球上的儲量比鋰要豐富得多，金屬鈉來源廣泛且廉價(jià)，因而鈉離子電池近年來得到廣泛的關(guān)注。當(dāng)前，鈉離子電池因缺乏合適的負(fù)極材料而制約其應(yīng)用，開發(fā)性能優(yōu)異的鈉離子電池負(fù)極材料是該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

目前沒有圓形多孔片狀TiO₂鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法的相關(guān)專利報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種高性能圓形多孔片狀TiO₂鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法。本發(fā)明在較低的溫度下，首次合成出圓形多孔TiO₂納米片。經(jīng)掃描電鏡觀察，這種圓片狀TiO₂粒徑約為300-400 nm，且具有多孔的形貌。用此圓形多孔TiO₂納米片作為鈉離子電池負(fù)極材料，結(jié)果表明其具有較高的比容量、優(yōu)異的倍率充放電性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。電流密度為0.1 A/g 下循環(huán)50次后仍保持在220 mAh·g^-1 。

圓形多孔TiO₂納米片的制備：將2.8-3.4 g的對苯二甲酸（PTA）分散于5-10 mL 甲醇（MeOH）和52-61mL的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）的混合溶液中磁力攪拌5-20分鐘，然后滴加1.2-2 mL的鈦酸丁酯攪拌7-18分鐘，接著加入1-4 mg的六水合氯化鈷（CoCl₂·6H₂O）攪拌6-15min，在150 ℃-180 ℃下反應(yīng)1-2 天，再經(jīng)離心洗滌干燥后得到產(chǎn)物，最后經(jīng)390℃-450℃退火得到最終產(chǎn)品。

鈉離子電池組裝：按質(zhì)量比圓形多孔片狀TiO₂：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70-75：5-10：15-20混合研磨后均勻地涂在1.2 cm²的銅片上做正極，負(fù)極為金屬鈉，電解質(zhì)是1M NaClO₄的EC+DEC (EC/ DEC=1/1 v/v) 溶液。電池組裝在氬氣保護(hù)下手套箱里進(jìn)行（氧氣和水分含量均低于1ppm）。

本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明首次提供了圓形多孔片狀TiO₂鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法，圓形是最有利于電化學(xué)均勻傳質(zhì)和擴(kuò)散的形狀，多孔又能增加電解液在電極材料中的滲入和接觸，且其制備方法操作簡便、成本低、純度高、性能優(yōu)異，可以大量合成。用此圓形多孔TiO₂納米片作為鈉離子電池負(fù)極材料，結(jié)果表明其具有較高的比容量、優(yōu)異的倍率充放電性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。電流密度為0.1 A/g 下循環(huán)50次后仍保持在220 mAh·g^-1 。此產(chǎn)品還能推廣至其他能源和催化等領(lǐng)域的應(yīng)用。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1圓形多孔TiO₂納米片的XRD圖；

圖2（a）為實(shí)施例1圓形多孔TiO₂納米片的掃描電鏡圖；

圖2（b）為實(shí)施例1圓形多孔TiO₂納米片的透射電鏡圖；

圖3為實(shí)施例1中的鈉離子電池的循環(huán)曲線圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明用下列實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于下列實(shí)施例。

實(shí)施例1

圓形多孔TiO₂納米片的制備：將3.0 g的對苯二甲酸（PTA）分散于8 mL 甲醇（MeOH）和55mL的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）的混合溶液中磁力攪拌10分鐘，然后滴加1.5 mL的鈦酸丁酯攪拌15分鐘，接著加入2 mg的六水合氯化鈷（CoCl₂·6H₂O）攪拌10min，170℃下反應(yīng)1天，再經(jīng)離心洗滌干燥后得到產(chǎn)物，最后經(jīng)400℃退火得到最終產(chǎn)品。

鈉離子電池組裝：按質(zhì)量比圓形多孔片狀TiO₂：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝72：8：18混合研磨后均勻地涂在1.2 cm²的銅片上做正極，負(fù)極為金屬鈉，電解質(zhì)是1M NaClO₄的EC+DEC (EC/ DEC=1/1 v/v) 溶液。電池組裝在氬氣保護(hù)下手套箱里進(jìn)行（氧氣和水分含量均低于1ppm）。

由圖2（a）掃描電鏡可知，這種圓片狀TiO₂粒徑為300-400 nm，且具有多孔的形貌。用此圓形多孔TiO₂納米片作為鈉離子電池負(fù)極材料，結(jié)果表明其具有較高的比容量、優(yōu)異的倍率充放電性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。圖3中，電流密度為0.1 A/g 下循環(huán)50次后仍保持在220 mAh·g^-1 。

實(shí)施例2

圓形多孔TiO₂納米片的制備：將2.8 g的對苯二甲酸（PTA）分散于5 mL 甲醇（MeOH）和52mL的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）的混合溶液中磁力攪拌5分鐘，然后滴加1.2 mL的鈦酸丁酯攪拌7分鐘，接著加入1mg的六水合氯化鈷（CoCl₂·6H₂O）攪拌6min，在150 ℃下反應(yīng)1天，再經(jīng)離心洗滌干燥后得到產(chǎn)物，最后經(jīng)390℃退火得到最終產(chǎn)品。

鈉離子電池組裝：按質(zhì)量比圓形多孔片狀TiO₂：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70：5：15混合研磨后均勻地涂在1.2 cm²的銅片上做正極，負(fù)極為金屬鈉，電解質(zhì)是1M NaClO₄的EC+DEC (EC/ DEC=1/1 v/v) 溶液。電池組裝在氬氣保護(hù)下手套箱里進(jìn)行（氧氣和水分含量均低于1ppm）。

實(shí)施例3

圓形多孔TiO₂納米片的制備：將3.4 g的對苯二甲酸（PTA）分散于10 mL 甲醇（MeOH）和61mL的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）的混合溶液中磁力攪拌20分鐘，然后滴加2 mL的鈦酸丁酯攪拌18分鐘，接著加入4 mg的六水合氯化鈷（CoCl₂·6H₂O）攪拌15min，在180 ℃下反應(yīng)2 天，再經(jīng)離心洗滌干燥后得到產(chǎn)物，最后經(jīng)450℃退火得到最終產(chǎn)品。

鈉離子電池組裝：按質(zhì)量比圓形多孔片狀TiO₂：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝75： 10：20混合研磨后均勻地涂在1.2 cm²的銅片上做正極，負(fù)極為金屬鈉，電解質(zhì)是1M NaClO₄的EC+DEC (EC/ DEC=1/1 v/v) 溶液。電池組裝在氬氣保護(hù)下手套箱里進(jìn)行（氧氣和水分含量均低于1ppm）。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)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(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。