高纯度一维结构ZNSUB2/SUBTISUB3/SUBOSUB8/SUB纳米材料的制备方法及其在锂电池中的应用.pdf

本发明提供一种高纯度一维结构Zn2Ti3O8纳米材料的制备方法及其在锂电池中的应用，将二氧化钛粉末和烧碱溶液混合反应后，再经稀盐酸洗涤，然后加入含Zn(NH3)42+的水溶液中搅拌，最后焙烧制备得到一维结构Zn2Ti3O8纳米材料，该一维结构Zn2Ti3O8纳米材料用于锂电池中。本发明制备Zn2Ti3O8纳米材料温度低，操作简便、成本低、纯度高、性能优异，可以大量合成，采用该Zn2Ti3O8纳米材料应用于锂电池中，具有容量高、循环性能好等特点。

1.  一种高纯度一维结构Zn₂Ti₃O₈纳米材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法的步骤包括：将2-5克二氧化钛粉末和20-50毫升浓度为10-20摩尔/升的烧碱溶液混合，在100℃-140℃反应20h；反应物再经稀盐酸洗涤后，取0.05-0.4克物料加入含Zn(NH₃)₄²⁺离子浓度0.5-2摩尔/升的水溶液中60℃下搅拌24小时；然后在450℃-650℃焙烧3h，制备得到一维结构Zn₂Ti₃O₈纳米材料。

2.  根据权利要求1所述的高纯度一维结构Zn₂Ti₃O₈纳米材料的制备方法，其特征在于：所述方法制备得到的一维结构Zn₂Ti₃O₈纳米材料的形貌参数为：长度为几百纳米至微米级，由大小几十纳米的粒子连接而成一维结构；所制备得到的一维结构Zn₂Ti₃O₈纳米材料的纯度为：70％-90％。

3.  一种如权利要求1或2所述方法制备的高纯度一维结构Zn₂Ti₃O₈纳米材料的用途，其特征在于：所述一维结构Zn₂Ti₃O₈纳米材料用于锂电池中。

4.  根据权利要求3所述的高纯度一维结构Zn₂Ti₃O₈纳米材料的用途，其特征在于：所述Zn₂Ti₃O₈纳米材料用于锂电池时，该锂电池组装过程包括：锂电池组装：按质量比Zn₂Ti₃O₈∶聚四氟乙烯∶乙炔黑＝50∶10∶40混合研磨后均匀地涂在0.25cm²的铜片上做正极，负极为金属锂，电解质是1M LiClO₄的EC+DEC+DMC溶液，所述溶液中EC∶DEC∶DMC的体积比＝1∶1∶1。

5.  根据权利要求4所述的高纯度一维结构Zn₂Ti₃O₈纳米材料的用途，其特征在于：所述锂电池的组装过程均在手套箱里进行。

高纯度一维结构Zn₂Ti₃O₈纳米材料的制备方法及其在锂电池中的应用
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，更具体涉及一种高纯度一维结构Zn₂Ti₃O₈纳米材料的制备方法及其在锂电池中的应用。
背景技术
锂离子电池的核心是储锂材料。目前，石墨是广泛应用于商业化锂离子电池的负极材料。但石墨嵌锂电位低，在充放电过程中石墨表面可能引起金属锂的沉积，存在一定的安全隐患。最近，尖晶石Li₄Ti₅O₁₂由于具有良好的循环性能及无毒、安全等优点而成为较有前景的负极材料。但是Li₄Ti₅O₁₂的理论容量只有石墨的一半，因而开发具有良好循环性能且较高容量的负极材料仍然是该领域的研究重点。
发明内容
本发明的目的是提供一种高纯度一维结构Zn2Ti3O8纳米材料的制备方法及其在锂电池中的应用，制备Zn₂Ti₃O₈纳米材料温度低，操作简便、成本低、纯度高、性能优异，可以大量合成，采用该Zn₂Ti₃O₈纳米材料应用于锂电池中，具有容量高、循环性能好等特点。
高纯度一维结构Zn₂Ti₃O₈纳米材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法的步骤包括：2-5克二氧化钛粉末和20-50毫升浓度为10-20摩尔/升烧碱溶液混合，在100℃-140℃反应20h，反应物再经稀盐酸洗涤后，取0.05-0.4克加入含Zn(NH₃)₄²⁺离子浓度0.5-2摩尔/升水溶液中60℃下搅拌24小时。然后在450℃-650℃焙烧3h，制备得到一维结构Zn₂Ti₃O₈纳米材料，该一维结构Zn₂Ti₃O₈纳米材料用于锂电池中。
本发明的显著优点是：本发明在较低的温度下，首次合成出高纯度一维结构Zn₂Ti₃O₈纳米材料。用此高纯度一维结构Zn₂Ti₃O₈纳米材料作锂电池负极材料，发现其具有出色的循环性能及较高的比容量，将其应用在应用于锂电池中，具有容量高、循环性能好等特点。
附图说明
图1是本发明的Zn₂Ti₃O₈纳米棒的透过电镜照片。
图2是本发明的锂电池在不同充放电电流条件下的循环特性图。
具体实施方式
以下根据实施例具体阐述本发明的实施。
实施例
制备方法的步骤包括：2-5克二氧化钛粉末和20-50毫升浓度为10-20摩尔/升的烧碱溶液混合，在100℃-140℃反应20h反应物再经稀盐酸洗涤后，取0.05-0.4克加入含Zn(NH₃)₄²⁺离子浓度0.5-2摩尔/升Zn(NH₃)₄²⁺水溶液中60℃下搅拌24小时；然后在450℃-650℃焙烧3h，制备得到一维结构Zn₂Ti₃O₈纳米材料。
按照本方法制备得到的一维结构Zn₂Ti₃O₈纳米材料的形貌参数为：长度约为几百纳米至微米级，由大小约几十纳米左右的粒子连接而成，具体结构如图1中所示。所述备得到的一维结构Zn₂Ti₃O₈纳米材料的纯度为：70％-90％。
将本发明的一维结构Zn₂Ti₃O₈纳米材料用于锂电池中。
Zn₂Ti₃O₈纳米材料用于锂电池时，该锂电池组装过程包括：锂电池组装：按质量比Zn₂Ti₃O₈∶聚四氟乙烯∶乙炔黑＝50∶10∶40混合研磨后均匀地涂在0.25cm²的铜片上做正极，负极为金属锂，电解质是1M LiClO₄的EC+DEC+DMC溶液，所述溶液中EC∶DEC∶DMC的体积比＝1∶1∶1，以上锂电池的组装过程均在手套箱里进行。
效果性能测定：锂电池在电流密度为0.3Ag^-1经过100次循环后，其比容量仍可达146mAh/g；接着在电流密度为0.5Ag^-1下再经过100次循环后，其比容量仍达123mAh/g；然后再恢复到0.3Ag^-1经过25次循环后，其比容量仍可达145mAh/g。最后继续在电流密度为0.1Ag^-1下经过50次循环后，其比容量仍达190mAh/g，如图2中所示。这些结果表明一维结构Zn₂Ti₃O₈纳米材料作锂电池负极材料，其循环性能十分稳定。