第7期王继伟，等:TiNb。：复合材料的制备及电化学性能-63-TiNb2O7复合材料的制备及电化学性能 王继伟1，马小丽2，宋建伟1，关山月1，高洁1，张志聪1，张亚兰1，孙瑞雪“（1.南阳师范学院化学与制药工程学院，河南南阳473000；2.乐凯华光印刷科技有限公司，河南南阳473000） 摘要：以聚偏氟乙烯为氟碳源，利用两步法合成了TiNb2O?@F-C复合材料。借助XRD、SEM、新威电池测试系统等进行表征分析。实验结果表明：当聚偏氟乙烯加入量为0.05g时制得的TiNb2O7@F-C复合材料既能保持着多孔结构又有F掺杂碳包覆层，用作锂离子电池负极具有优异的电化学性能。 关键词：锂离子电池;TiNb2O?；负极材料；复合材料
中图分类号：TM911文献标识码：A文章编号：1008-021X（2021）07-0063-02
Preparation and Electrochemical Properties of TiNb2O7Composites
Wang Jiwei1,Ma Xiaoli2,Song Jianwei1,Guan Shanyue1,
Gao Jie1,Zhang Zhicong',Zhang Yalan',Sun Ruixue1*
(1.Nanyang Normal University，Nanyang473000，China；
2.Lucky Huaguang Graphics Technology Co.，Ltd.，Nanyang473000，China)
Abstract:In this paper’TiNb。？®F-C composite materials were synthesized by two-steps method using polyvinylidene fluoride as fluorine source and carbon source.XRD，SEM and battery test system were used for characterization analysis.The experimental results show that the TiNb2O?@F-C composite prepared when the amount of PVDF added is0.05g can not only maintain the porous structure but also have the F doped carbon coating layer，which can be used as the cathode of lithium ion battery with excellent performance.
Key words:llithium ion battery；TiNb2O7；anode material；composite materials
随着化石燃料储量的减少及使用带来的严重环境问题，人们在努力探索开发新型的清洁能源，比如水能、风能、太阳能等［1］。锂离子电池自1990年商业化以来，因其功率密度和能量密度大、使用寿命长等，以惊人的发展速度迅速取得镍珞电池而占据了储能市场［2］。
近年来，人们研究发现电极材料的形貌对性能影响很大，特别是多孔材料备受关注，这是因为多孔结构有利于电解液渗透，进而可缩短电子和锂离子的传输路径。此外，人们还发现利用杂原子（N、F和S）掺杂可提高碳基材料的导电性。但是到目前为止，将多孔结构和杂原子掺杂碳材料结合起来改进TiNb/O，性能还鲜有报道［3-5］。基于上述分析，本文拟以聚偏氟乙烯为氟源和氮源，合成多孔TiNb?
O7@F掺杂碳复合材料，利用多孔结构和F-C包覆二者的协同效应，提高TiNb2O7的充放电性能。
1实验部分
1.1实验设备与药品
实验设备：98-2数字系列磁力搅拌器（上海耀特仪器设备有限公司），电阻炉（TRL-17XL洛阳泰瑞炉业有限公司）；电池性能测试仪器（CT2001B型，德工电子科技有限公司），手套箱（德科仪器设备有限公司）。
实验药品：钛酸丁酯（AR，苏州同隽化工产品科技有限公司）；乙烘黑（AR，浙江化工有限公司）；炭黑（AR，天津化工制品有限公司）；五氯化铌（AR，湖南省华京粉体材料有限公司）；聚偏氟乙烯（PVDF）（AR，苏州勤尚塑化有限公司）。
1.2实验过程
1.2.1材料的制备
本实验过程分为两步：
第一步：在高速磁力搅拌条件下，将适量的五氯化铌和钛酸丁酯加入到80mL的无水乙醇中，搅拌30min；然后将上述混合液装入高压反应釜中,200t的温度下反应24h；去离子水、乙醇洗涤，真空干燥；将干燥后的白粉末置于马弗炉中，800t下煅烧12h，即得纯相TiNb2O7材料。
第二步：在50mL的烧杯中，称量0.5g制得的纯相TiNb/O，材料超声分散在20mL乙醇中，再加入一定量的聚偏氟乙烯，搅拌直至完全溶解；然后将烧杯放入80t的水浴锅中，直至乙醇完全挥发；最后将得到的粉末在氮气保护下于600t焙烧2h，即得TiNb O7@F-C复合材料。
1.2.2材料的表征
材料形貌结构分析使用扫描电子显微镜（ZEISS SIGMA 500型）及透射电子显微镜（JEM-2100F型）；利用蓝电电池（Land）测试系统进行材料的充放电性能测试。
1.2.3电池的组装
按照活性物质：聚偏氟乙烯（PVDF）的比例为8:1，往称量瓶中加入聚偏氟乙烯；最后再加入适量的N-甲基毗咯烷酮和磁子，在磁力搅拌器上搅拌成均匀的浆料。将上述得到的浆料用涂膜机均匀的涂覆在铜箔上（即为极片），涂覆后的极片在真空干燥箱中于120t下干燥10h。然后，将干燥后的极片用冲片机冲成直径为14mm的圆片，以金属锂片为对电极，聚丙烯膜为隔膜，1mo^LLiPF。的为电解液，在手套箱中组装成2025型纽扣试验电池。
2实验结果与讨论
2.1 TiNb2O7@F-C复合材料的表征分析
为进一步观察TiNb2O7@F-C复合材料的微观形貌，利用透
收稿日期：2020-12-08
基金项目：国家自然科学基金青年项目（21707072）；河南省高等学校重点科研项目计划（21A150040）；南阳师范学院青年项目（2020QN040）
作者简介：王继伟（2001—），本科在读；通信作者：孙瑞雪（1981—），博士研究生，讲师，主要研究方向为锂离子电池正极材料。
山东化工
SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2021年第50卷-64•
射电镜进一步观察，结果见图1。由低倍照片(图1a)可发现，样品为球形，尺寸约1^m，另外还可发现，球表面分布着很多白的亮区域，这些白的区域即是孔隙，证明了TiNb O7@F-C复合材料是多孔材料。从图1b高分辨图中中可发现，在TiNb O7粒子表面包覆着一层厚度极薄的F掺杂碳层，厚度约2nm。
图1TiNb O7@F-C复合材料的透射电镜图
2.2电化学性能分析
把制得的TiNb O7@F-C复合材料组装成纽扣电池(CR2025型)，利用蓝电电池系统进行性能测试，结果如图2所示。
图2TiNb O7@F-C复合材料在1-30C倍率下的
首次充放电曲线
图2是TiNb O7@F-C复合材料在电流密度分别为1、5、10、20和30C下的充放电曲线。在图中可观察到，随电流密度增大,TiNb?O7@F-C复合材料的充放电平台缓慢向上和向下偏移，这是由于电流增大，材料的极化程度而增大导致的。另外,TiNb O7@F-C复合材料的充放电比容量随电流增大而降低。电流密度为1、5、10和20C时,TiNb?O7@F-C复合材料的放电容量分别为270、231、222和211mAh/g。即使在30C的高电流条件下，TiNb O7@F-C复合材料的放电容量仍能达到200mAh/g。由此说明,TiNb O7@F-C复合材料表现岀优异的充放电性能。
3结论
本文以首先利用溶剂热制备岀多孔TiNb?O7材料，然后聚偏氟乙烯为氟源和碳源，通过热分解法制备岀TiNb O7@F-C 复合材料。得到如下主要结论：
(1)聚偏氟乙烯加入量影响样品形貌，当聚偏氟乙烯加入量为0.05g时制得的TiNb O7@F-C复合材料既能保持着多孔结构又有F-C包覆层，更有利于提高TiNb O7的性能。
(2)TiNb?O7@F-C复合材料具有优异的充放电性能。
参考文献
[1]高敬园.锂电池负极材料的研究进展[J].广东化工,2020,47
(3):115-116.
[2]王错.锂离子电池电极材料选择的分析[J].化工管理，
2018,2(4)：276-283.
[3]YU C，GUAN Y，TAI C，et al.TiNb2O7nanoparticle-decorated
graphite felt as a high-performance electrode for vanadium redox flow batteries[J].Applied Surface Sci
ence，2018，18：78-80. [4]DANIEL M,ANYENEH W,TAI-CHIN C,et al.TiNb O7
nanoparticle-decorated graphite felt as a high-performance electrode for vanadium redox flow batteries[J].Applied Surface Science，2018，8(101)：396-402.
[5]
YANG C,YU S,MA Y,et al.Cr3+and Nb5+co-doped Ti Nb10 O29materials for high-performance lithium-ion storage[J].
Electrochimica Acta，2017，360(7)：470-479.
(本文文献格式：王继伟，马小丽，宋建伟，等.TiNb O7复合材料的制备及电化学性能[J].山东化工,2021,50(7)：63-64.)
(上接第62页)
而实际应取提取时间、超声功率、提取温度和料液比分别为23min、450W、55t和1:20(彫mL)，进行3次平行实验，获得的多糖得率为12.87%±0.05%，与预测值接近。 3结论
本研究对南国梨多糖的超声提取工艺进行响应面优化，得到了提取温度、超声功率、提取时间和料液比四种因素对南国梨多糖提取率的影响次序以及它们之间的交互作用显著性次序，并确定了超声提取南国梨多糖的最优工艺：提取时间、超声功率、提取温度和料液比分别为23min、450W、55t和1：20 (g/mL)，多糖得率为12.87%±0.05%，试验模型拟合程度好。
参考文献
[1]刘杰超，焦中高，周红平，等.水果活性多糖的研究现状与展
望[J].食品科学,2008,29(10)：675-679.
[2]刘杰超，焦中高，周红平，等.水果多糖的生物活性与应用前
景[J].中国食物与营养,2008(8)：22-25.
[3]任二芳，牛德宝，刘功德，等.水果多糖的开发及应用进展
[J].农业研究与应用,2017(2)：66-70.
[4]刘苏苏，吕长鑫，冯叙桥，等.果蔬多糖生物活性及其提取纯
化技术的研究进展[J].食品科学,2015,36(17)：281-287. [5]PAULINE M R,TIME E,PETER C,et al.Glycosytation and
immune system[J].Science，2001，291：2370-2375.
[6]KIHO T，MORIMOTO H，KOBAYASHI T，et al.Effect of a
polysaccharide(TAP)from the fruiting bodies of Tremella
auranitia on glucose metabolism in mouse liver[J].
Biotechnology Biochemistry，2000，64(2)：417-419.
[7]YANG X,GUO J L,YE J Y,et al.The effects of Ficus carica
polysaccharide on immune response and expression of some immune-related genes in grass carp，Ctenopharyngodon idella [J].Fish and Shellfish Immunology，2015，42(1)：132-137. [8]吴铭.南国梨酒发酵工艺的优化[J].吉林工商学院学报,
2013,29(5)：87-90.
[9]辛广，刘长江，侯冬岩，等.高效液相谱法测定南果梨中绿
原酸的含量[J].食品科学,2004,25(4)：150-152.
[10]王桓，潘杨，敬思.超声强化提取喀什小枣多糖的工艺研
究[J].食品研究与开发,2009,30(11)：40-43.
[11]黄晓君，聂少平，王玉婷，等.铁皮石斛多糖提取工艺优化
及其成分分析[J].食品科学,2013,34(22)：21-26.
[12]黎云龙，于震宇，部海燕，等.骏枣多糖提取工艺优化及其
抗氧化活性[J].食品科学,2015,36(4)：45-49.
[13]郭希娟，马萍，张桂芳.响应面法在可溶性膳食纤维超声提
取中的应用[J].中国食品学报,2012,12(3):104-111. [14]陈书勤，黄健泉，黄康宁，等.响应曲面法在优化果糖和葡
萄糖谱分离中的应用[J].轻工科技,2011(10)：20-21.
(本文文献格式：王洁，张小雪，王珍珍，等.南果梨多糖提取工艺优化[J].山东化工,2021,50(7)：60-62+64.
)
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