亚钛酸锌纳米片及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种亚钛酸锌纳米片及其制备方法和应用。将二氧化钛粉末和氢氧化钠溶液混合反应后，经稀盐酸洗涤至中性、干燥后制得三钛酸钠；然后将三钛酸钠与含锌化合物混合、焙烧制得亚钛酸锌纳米片，所述的含锌化合物为二水醋酸锌、六水硝酸锌中的一种。按经本发明制备的亚钛酸锌纳米片，其形状以长方形为主，平均厚度为15-30nm，平均长度为100-200nm，平均宽度为20-35nm；可应用于锂离子电池中。本发明提供的亚钛酸锌（Zn2Ti3O8）纳米片的制备方法，其操作简便、成本低、纯度高、性能优异，可以大量合成；且其可以作为锂离子电池的负极材料，使得锂离子电池循环性能好、容量高。
【专利说明】亚钛酸锌纳米片及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于材料制备领域，具体涉及一种亚钛酸锌纳米片及其制备方法和应用。【背景技术】
[0002]锂离子电池具有高电压、高容量、循环寿命长等显著优势，当前已广泛应用于移动电子设备、国防工业、电动汽车等领域。而电极材料是锂离子电池的核心部分，也是决定锂离子电池性能的关键因素。目前，石墨是广泛应用于商业化锂离子电池的负极材料。但石墨嵌锂电位与金属锂接近，在充放电过程中表面容易生成锂枝晶而引起电池短路，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】
[0003]本发明的目的在于针对现有的锂离子电池负极材料已引起电池短路，或容量低等缺点；提供一种亚钛酸锌纳米片及其制备方法和应用。本发明提供的亚钛酸锌(Zn2Ti3O8)纳米片的制备方法，其操作简便、成本低、纯度高、性能优异，可以大量合成；且其可以作为锂离子电池的负极材料，使得锂离子电池循环性能好、容量高。
[0004]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种亚钛酸锌纳米片的制备方法,取二氧化钛粉末和氢氧化钠溶液混合反应后,经稀盐酸洗涤至中性、干燥后制得三钛酸钠；然后将钛酸钠与含锌化合物混合、焙烧制得亚钛酸锌纳米片。
[0005]所述的含锌化合物为二水醋酸锌、六水硝酸锌中的一种。
[0006]所述的亚钛酸锌纳米片的制备方法，具体步骤包括:
(1)取二氧化钛粉末0.006-0.018mol和浓度为8_15mol/L氢氧化钠溶液30_60mL混合，在170-200°C反应24-72h后，经0.lmol/L稀盐酸洗涤至中性并干燥制得三钛酸钠；
(2)取步骤(1)制得的三钛酸钠0.0003-0.0013mol与0.001-0.004mol含锌化合物混合均匀，在450-700°C焙烧3-5h后，制得亚钛酸锌纳米片。
[0007]根据如上所述的制备方法制得的亚钛酸锌纳米片，其形状以长方形为主，平均厚度为15-30nm，平均长度为150_250nm，平均宽度为100_200nm。
[0008]亚钛酸锌纳米片的应用，主要用于锂离子电池中。
[0009]具体应用方法为:将亚钛酸锌纳米片、聚四氟乙烯、乙炔黑按质量比70-75:5-10:15-20混合研磨后，均匀地涂布在铜片上作为锂离子电池的负极，正极为金属锂，电解质是Imol/L LiPF6 的 EC+DEC+DMC (EC/DEC/DMC=1/1/1, v/v/v)溶液。所有组装均在充满氩气的手套箱里进行。
[0010]本发明的有益效果在于:
1、亚钛酸锌纳米片的制备方法简单、成本低，制得的产品纯度高、性能优异，可以大量合成。
[0011]2、本发明制得的亚钛酸锌纳米片可以作为锂离子电池的负极材料，使得锂离子电池循环性能好、容量高。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为实施例2制得的亚钛酸锌(Zn2Ti3O8)纳米片的XRD图；
图2为实施例2制得的亚钛酸锌(Zn2Ti3O8)纳米片的扫描电镜图；
图3为实施例2制得的亚钛酸锌(Zn2Ti3O8)纳米片的充放电曲线图。
【具体实施方式】
[0013]本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。
[0014]实施例1
(1)取二氧化钛粉末0.006mol和浓度为8mol/L氢氧化钠溶液30mL混合，在170°C反应72h后，经0.lmol/L稀盐酸洗涤至中性并干燥制得三钛酸钠；
(2)取步骤(1)制得的三钛酸钠0.0003mol与0.0Olmol含锌化合物混合均匀，在450°C焙烧5h后，制得亚钛酸锌纳米片。
[0015]将亚钛酸锌纳米片、聚四氟乙烯、乙炔黑按质量比70:5:15混合研磨后，均匀地涂布在铜片上作为锂离子电池的负极，正极为金属锂，电解质是I mol/L LiPF6的EC+DEC+DMC(EC/DEC/DMC=1/1/1, v/v/v)溶液。所有组装均在充满氩气的手套箱里进行。研究锂离子电池的循环性能和比容量，发现其具有出色的循环性能及较高的比容量。
[0016]实施例2
(1)取二氧化钛粉末0.012mol和浓度为lOmol/L氢氧化钠溶液45mL混合，在185°C反应48h后，经0.lmol/L稀盐酸洗涤至中性并干燥制得三钛酸钠；
(2)取步骤(1)制得的三钛酸钠0.0007mol与0.0022mol含锌化合物混合均匀，在500°C焙烧4h后，制得亚钛酸锌纳米片。
[0017]将亚钛酸锌纳米片、聚四氟乙烯、乙炔黑按质量比72:7:18混合研磨后，均匀地涂布在铜片上作为锂离子电池的负极，正极为金属锂，电解质是I mol/L LiPF6的EC+DEC+DMC(EC/DEC/DMC=1/1/1, v/v/v)溶液。所有组装均在充满氩气的手套箱里进行。研究锂离子电池的循环性能和比容量。
[0018]从图1 X-射线粉末衍射分析图可看出所制备的样品的衍射峰均与JCPDS标准卡片(01-087-1781)的衍射峰一致，说明所制备的样品为纯相的亚钛酸锌(Zn2Ti3O8)。
[0019]从图2中扫描电镜分析图可看出所制得的纳米片的平均长度为150_250nm，平均宽度在100-200纳米，厚度约为15-30纳米。
[0020]从图3中可看出，用此亚钛酸锌(Zn2Ti3O8)作为锂离子电池负极材料，发现其具有出色的循环性能及较高的比容量。在电流密度为0.3 Ag—1下经过40次循环后，其比容量仍可达 180 mAh/g。
[0021]实施例3
(1)取二氧化钛粉末0.018mol和浓度为15mol/L氢氧化钠溶液60mL混合，在200°C反应24h后，经0.lmol/L稀盐酸洗涤至中性并干燥制得三钛酸钠；
(2)取步骤(1)制得的三钛酸钠0.0013mol与0.004mol含锌化合物混合均匀，在700°C焙烧3h后，制得亚钛酸锌纳米片。
[0022]将亚钛酸锌纳米片、聚四氟乙烯、乙炔黑按质量比75:10:20混合研磨后，均匀地涂布在铜片上作为锂离子电池的负极，正极为金属锂，电解质是I mol/L LiPF6的EC+DEC+DMC (EC/DEC/DMC=1/1/1, v/v/v)溶液。所有组装均在充满氩气的手套箱里进行，研究锂离子电池的循环性能和比容量，发现其具有出色的循环性能及较高的比容量。[0023]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种亚钛酸锌纳米片的制备方法，其特征在于:取二氧化钛粉末和氢氧化钠溶液混合反应后，经稀盐酸洗涤至中性、干燥后制得三钛酸钠；然后将三钛酸钠与含锌化合物混合、焙烧制得亚钛酸锌纳米片。
2.根据权利要求1所述的亚钛酸锌纳米片的制备方法，其特征在于:所述的含锌化合物为二水醋酸锌、六水硝酸锌中的一种。
3.根据权利要求1所述的亚钛酸锌纳米片的制备方法，其特征在于:具体步骤包括: (1)取二氧化钛粉末0.006-0.018mol和浓度为8_15mol/L氢氧化钠溶液30_60mL混合，在170-200°C反应24-72h后，经0.lmol/L稀盐酸洗涤至中性并干燥制得三钛酸钠； (2)取步骤(1)制得的三钛酸钠0.0003-0.0013mol与0.001-0.004mol含锌化合物混合均匀，在450-700°C焙烧3-5h后，制得亚钛酸锌纳米片。
4.一种如权利要求1或3所述的制备方法制得的亚钛酸锌纳米片，其特征在于:其形状以长方形为主，平均厚度为15-30nm，平均长度为150_250nm，平均宽度为100_200nm。
5.一种如权利要求4所述的亚钛酸锌纳米片的应用，其特征在于:用于锂离子电池中。
6.根据权利要求5所述的亚钛酸锌纳米片的应用，其特征在于:将亚钛酸锌纳米片、聚四氟乙烯、乙炔黑按质量比70-75:5-10:15-20混合研磨后，均匀地涂布在铜片上作为锂离子电池的负极。
【文档编号】H01M4/131GK103896328SQ201410090865
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2014年3月13日
【发明者】洪振生, 黄志高 申请人:福建师范大学