电池研发｜锂离子电池负极材料 TiO 的多晶体

2024-10-31 09:33:34 226阅读次数

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TiO? 材料具有高电容量和更好的安全性能，在电池材料等领域得到了广泛的关注。由于其成本效益高、合成工艺成熟，以及与锂的电活性高，锐钛矿 TiO? 被认为是最适合电池应用的 TiO? 形式。TiO? 作为锂离子电池负极材料具有巨大的潜力和应用前景。

近年一篇发表在《Nanoscale Advances》期刊的文献中，Vélez 等人研究了以一种低能耗的策略 – 相转变温度（PIT）- 纳米乳液方法，开发了一种通过水解-缩合反应控制二氧化钛（TiO?）颗粒形成多种晶型的方法。该方法通过创建三种不同的 PIT - 纳米乳液合成法来分离高纯度的金红石、锐钛矿和板钛矿相颗粒，从而实现对 TiO? 颗粒大小和相纯度的精确控制。

TiO? 颗粒的纳米乳液合成在 Technobis Crystalline 平行结晶系统中进行。Crystalline 在研究過程中为二氧化钛（TiO?）的多晶型的实验和阐明有重大贡献。利用该仪器的精确控制能力，研究人员在 8 mL 反应器内进行了 PIT 纳米乳液合成，从而生产出具有确定晶型的 TiO? 颗粒。每个反应器每批次最多可生产 150mg TiO? ，实验结果具有可重复性。

Crystalline 是一款多功能实验室系统，配备 8 个独立反应器，每个反应器的温度范围为 -25 °C 至 150 °C。它采用综合分析技术，例如浊度、颗粒视图成像、拉曼光谱，以及利用 AI 功能对其形状、粒径分布和尺寸进行分析。此外，其符合人体工程学且用户友好的设计非常易于操作。

方法与结果

实验中制备了三种不同的乳液体系，分别具有强酸性（pH～0.5）、中等酸性（pH～4.5）和碱性（pH～12）的环境。通过 PIT-纳米乳液合成得到的无定形 TiO? 颗粒的平均粒径分布分别为：强酸性条件下约 140 nm，中等酸性条件下约 60 nm，碱性条件下约 460 nm。对无定形颗粒进行不同的热处理，通过拉曼光谱和粉末 X 射线衍射（PXRD）证实，分别在 850°C、400°C 和 200°C 下热处理的颗粒可以得到高纯度的金红石、锐钛矿和板钛矿相。

PIT-纳米乳液合成 (a) 金红石型、(b) 锐钛型和 (c) 板钛矿型高纯度TiO?颗粒的示意图。在每个合成路径中插入了（PIT）测定图，显示在中度和强酸性条件下约 11 °C 时相转变（虚线，浅橙色区域）和碱性条件下约 13 °C 时相转变（虚线，浅粉色区域）

研究提供了一种新的合成方法，首次展示了基于 PIT-纳米乳液方法合成锐钛矿、金红石和板钛矿 TiO? 颗粒的实验方法，可以有效地控制 TiO? 颗粒的相组成和粒径。这些方法使用较少的有毒化合物，减少了起始材料的数量，并最小化了能源输入，特别是对于难以合成的板钛矿相，这对于 TiO? 在各种应用中的性能优化提供了新的可能性。

参考文献:

1. Qui?ones Vélez G等. Polymorphic control in titanium dioxide particles.

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