本發(fā)明專利技術公開了一種利用水/溶劑熱法制備鈦鈮復合氧化物的方法及其在鋰離子超級電容器中的應用，所述方法如下步驟：（1）按照鈦鈮氧化物TiNb2O7的化學計量比，稱取相應的鈦源和鈮源溶解在水/有機溶劑體系中，然后放置于以聚四氟乙烯為內襯的反應釜中，調節(jié)pH在0.5~2.5之間，攪拌0.5~24h；（2）將盛有上述混合物的反應釜放置于均相反應器或者電熱烘箱中，設置反應溫度和反應時間進行水/溶劑熱反應，反應結束后將溶液過濾水洗干燥后，即可得到TiNb2O7的前驅體；（3）將TiNb2O7的前驅體材料置于高溫爐內充分反應后，隨室溫冷卻，即可得到所需的鈦鈮復合氧化物TiNb2O7。本方法制備的鈦鈮復合氧化物TiNb2O7有著優(yōu)秀的電化學性能，在其用做鋰離子電池負極材料時有著較高能量密度、優(yōu)異的安全性能。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于儲能材料
，涉及一種具有優(yōu)良電化學性能的鈦鈮氧化物TiNb2O7材料的制備方法以及基于該材料為負極的高性能鋰離子混合電容器。
技術介紹
隨著傳統(tǒng)的化石能源逐漸消耗而趨于枯竭，尋找高效而又清潔的新型綠色能源成為了目前化學界的研究熱點之一。其中，鋰離混合超級電容器由于其擁有眾多的優(yōu)點而受到了人們越來越多的關注，除了滿足便攜設備的用電需要外，鋰離子混合超級電容器在大功率、高能量的儲能領域的發(fā)展前景更是讓人期待。而這其中，電極材料的研究顯得尤其關鍵。Goodenough教授首先提出了一種鈦銀氧化物TiNb207并將其用作新型的鋰離子電池電極材料。Goodenough教授接下來的研究顯示，TiNb207同時還擁有較好的大倍率充放電性能。最近，中科院陳立泉院士課題組對TiNb2O7的嵌脫鋰機制進行了深入的研究，認為TiNb2O7具有非常小的電壓滯環(huán)和非常穩(wěn)定的循環(huán)性能，是最有希望取代尖晶石型鈦酸鋰作為大功率電動汽車和大型電池電站的陽極材料。但是其在高功率鋰離子混合電容器領域的應用尚未得到普及，但是根據其優(yōu)異的快速嵌脫鋰性能可知材料在鋰離子混合超級電容器領域會有廣闊的應用前景。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供，該方法制備出了顆粒較小、分散均勻的微-納米級TiNb2O7顆粒。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的: 一種利用水/溶劑熱法制備鈦鈮復合氧化物的方法，包括如下步驟: (1)按照鈦鈮氧化物TiNb2O7的化學計量比，稱取相應的鈦源和鈮源分散溶解在水/有機溶劑體系中，然后放置于以聚四氟乙烯為內襯的反應釜中，向其中加入一定量的檸檬酸或者草酸調節(jié)pH在0.5-2.5之間，攪拌0.5?24h ； (2)將盛有上述混合物的反應釜放置于均相反應器或者電熱烘箱中，設置反應溫度和反應時間進行水/溶劑熱反應，反應結束后將溶液過濾水洗干燥后，即可得到TiNb2O7的前驅體，其中反應溫度為100?250°C，反應時間為5?24h，干燥溫度為60?140°C ； (3)將TiNb2O7的前驅體材料置于高溫爐內，在空氣或者氧氣氣氛中，以卜10°C/min的升溫速率升溫到900?1400°C，并在該溫度下保持15?36h，充分反應后，隨室溫冷卻，即可得到所需的鈦銀復合氧化物T iNb2〇7。上述方法制備的鈦鈮復合氧化物可以作為負極材料用于鋰離子混合電容器中。所述鋰離子混合電容器包括負極片、正極片、隔膜、電解液、鋁質外殼或者鋁塑膜，其中:隔膜在正極片和負極片的中間放置，鋁塑膜或者鋁質外殼在電芯的外部作為保護。所述負極片由集流體銅箔和負極漿料制造而成，其中:負極漿料按照質量比由40?90%的鈦鈮復合氧化物TiNb207、2?10%的導電劑和3~20%的粘結劑組成，負極漿料在銅箔表面均勻涂布，面密度為5~100g/m2o本專利技術中，所述鈮源為Nb2O5或Nb(0H)5。本專利技術中，所述鈦源為Ti02、鈦酸四丁酯、鈦酸甲酯、鈦酸乙酯或者鈦酸異丙酯。本專利技術中，所述水/有機溶劑體系為水或有機溶劑，有機溶劑可以為無水乙醇、乙二醇、丙酮或者乙腈。本專利技術中，所述負極導電劑為Super P、乙炔黑、科琴黑、納米石墨、碳納米管、石墨烯或者VGCF中的一種或者其中幾種的混合物。本專利技術中，所述電解液可以是碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、二甲基碳酸酯(DMC)、二乙基碳酸酯(DEC)及甲乙基碳酸酯(EMC沖的一種或其中幾種溶劑的混合液。本專利技術具有如下優(yōu)點: 1、本專利技術提供了一種鈦鈮復合氧化物TiNb2O7的合成方法，并對其合成工藝進行了細化，使得采用本專利技術制備的材料顆粒尺寸較小、粒度分布均勻。2、本方法制備的鈦鈮復合氧化物TiNb2O7有著優(yōu)秀的電化學性能，在其用做鋰離子電池負極材料時有著較高能量密度、優(yōu)異的安全性能。3、原材料成本低，無毒無害，有著極其廣泛的應用前景。【附圖說明】圖1是采用本專利技術制備的TiNb2O7的掃描電子顯微鏡圖； 圖2是采用本專利技術制備的TiNb2O7的X射線衍射圖譜。【具體實施方式】下面結合附圖對本專利技術的技術方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本專利技術技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本專利技術技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本專利技術的保護范圍中。【具體實施方式】一:按照鈦鈮氧化物TiNb2O7的化學計量比，以摩爾比n(Ti02): η(Nb2O5) = 1:1的比例取對應質量的納米級銳鈦礦T12與Nb205(粒徑約為20nm)分別分散在30ml的水溶液中，然后將其放置于聚四氟乙烯為內襯的反應釜中，向其中加入一定量的草酸和蒸餾水調節(jié)至PH=1.0，攪拌2h。然后將盛有上述混合溶液的反應釜放置于均相反應器中，調節(jié)反應溫度為180°C，反應時間為24h。水熱反應后將溶液過濾水洗干燥后，即可得到所需的TiNb2O7前驅體。將TiNb2O7前驅體材料置于高溫爐內，在空氣氣氛中，以10°C/min的升溫速率升溫到1200°C，并在該溫度下保持24h，充分反應后，隨室溫冷卻，即可得到所需的鈦鈮復合氧化物TiNb207。圖1和圖2即為得到的TiNb2O7的掃描電鏡圖和XRD圖譜，可以看出材料具備納米級的形貌和典型的單斜晶相。【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:將納米銳鈦礦型T12替換為鈦酸四丁酯、鈦酸甲酯、鈦酸乙酯或者鈦酸異丙酯。【具體實施方式】三:以Ti/Nb摩當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種利用水/溶劑熱法制備鈦鈮復合氧化物的方法，其特征在于所述方法如下步驟：（1）按照鈦鈮氧化物TiNb2O7的化學計量比，稱取相應的鈦源和鈮源分散溶解在水/有機溶劑體系中，然后放置于以聚四氟乙烯為內襯的反應釜中，調節(jié)pH在0.5~2.5之間，攪拌0.5~24h；（2）將盛有上述混合物的反應釜放置于均相反應器或者電熱烘箱中，設置反應溫度和反應時間進行水/溶劑熱反應，反應結束后將溶液過濾水洗干燥后，即可得到TiNb2O7的前驅體，其中反應溫度為100~250℃，反應時間為5~24h，干燥溫度為60~140℃；（3）將TiNb2O7的前驅體材料置于高溫爐內，在空氣或者氧氣氣氛中，以1~10℃/min的升溫速率升溫到900~1400℃，并在該溫度下保持15~36h，充分反應后，隨室溫冷卻，即可得到所需的鈦鈮復合氧化物TiNb2O7。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：馬玉林，婁帥鋒，程新群，高金龍，高云智，尹鴿平，
申請(專利權)人：哈爾濱工業(yè)大學，
類型：發(fā)明
國別省市：黑龍江;23
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