一、 实践目的
1、了解并掌握锂离子电池负极材料TiO2的制备及检测方法；
2、掌握水热法合成材料的特点和操作方法，并对半纽扣电池的制备流程有初步的认
识和实践；
3、学习掌握各种仪器的操作及文献资料的调研查阅。
二、实验背景
1、溶剂热法的原理及特点
溶剂热法是以有机溶剂为反应介质，然后通过反应釜创造一个密闭、高压的
反应环境使难溶或者不溶的物质溶解并且重结晶的一种液相反应法。该方法是水
热法的发展，它与水热法的不同之处在于所使用的溶剂为有机溶剂而不是水。
在溶剂热反应中，通过把一种或几种前驱体溶解在非水溶剂，在液相或超临
界条件下，反应物分散在溶液中并且变得比较活泼，反应发生，产物缓慢生成。
该过程相对简单而且易于控制，并且在密闭体系中可以有效的防止有毒物质的挥
发和制备对空气敏感的前驱体。
物相的形成、粒径的大小、形态也能够控制，而且产物的分散性较好。在溶
剂热条件下，溶剂的性质（密度、粘度、分散作用）相互影响，变化很大，且其性质
与通常条件下相差很大，相应的反应物（通常是固体）的溶解、分散性及化学反应活
性大大的提高或增强。这就使得反应能够在较低的温度下发生。
2、TiO2的研究背景
二氧化钛是多结晶型结构，自然界中有锐钛矿、金红石和板钛矿三种结构，前 面两种都是四方晶系，后者为斜方晶系，板钛矿和锐钛矿可以在700T以上转化为
金红石结构，金红石结构是一种热力学稳定相，然而锐钛矿具有较小的表面能，使
得纳米量级的锐钛矿结构的TiO2稳定性更高。
图LTiO2的晶型结构（a）金红石结构（b）锐钛矿结构（c）板钛矿结构
由于二氧化钛具有开放的晶体结构和钛离子灵活的电子结构，因此可以接受外当铺网
来电子，并为外来阳离子提供空位，为了保持电中性，电子会伴随着锂离子共同嵌
入二氧化钛的晶体结构中。TiO2中嵌锂反应表达式：
xLi++TiO2+xe-=LixTiO2.
随着锂离子的嵌入，TiO2从四方结构的贫锂相转化为正交结构的富锂相，理
论容量可以达到330mAh/g,然而实际容量是理论容量的1/2,当嵌锂系数大于
0.5后，TiO2结构中的额Li・Li存在相互作用，阻碍了锂离子的进一步嵌入。
TiO2电极材料具有以下一些优势：高达1.75eV的电极电位可以有效解决金 属锂的枝晶问题；嵌脱锂结构变化仅3%,可避免材料发生结构破坏，具有优良的循环
性能、使用寿命和在有机电解液中溶解度小等优点，因此该电极材料成为了研究的
关注热点。
当TiO2颗粒过小，会使得纳米团聚效应增加，循环性能受到影响，且电极表
面悬空原子增加，使得锂离子受主空位减少，降低1.75eV平台电极容量，然而当
颗粒尺寸过大时，会抑制锂离子的扩散速率，降低电极/电解液表面的润湿性。另
外由于TiO2本身较差的导锂能力，使得锂离子在块体内部的迁移受到限制，因此
制备较小颗粒尺寸、具有特殊形貌的材料，通过增加材料的比表面积，提升电极/
电解液接触面积、缩短锂离子在内部的扩散路径、减小脱嵌锂过程中对材料晶
体结构的破坏才可以有效提高电极材料的倍率性能和比容量.
三、实验内容
L前驱体的配置：称取5mL的甘油于盛有30mL无水乙醇的烧杯中，充分搅拌
溶解。再逐滴加入1mL的钛酸丁酯(C6H8O7-H2O),搅拌10mino将上述溶液
倒入高温反应釜中，并在18CTC中反应4h,冷却至室温，而后对其进行离心、洗
涤、8CTC烘干,制得TiO2的前驱体粉末;
2、材料烧结：将TiO2前驱体粉末放在马弗炉中45CTC恒温退火3h,即得到我们
所要的TiO2粉体材料；
3、材料结构、形貌测试：合成的粉末的相结构是用X-射线衍射仪表征(仪器是
XRD,RigakuMiniFlexn)，采用的是CuKa射线源(入=0.15405nm),扫描角度区间
是［10。,80。］。材料的形貌是用场发射扫描电子显微镜观察的(FESEM,SU8010,Japan);
4、涂布：按80wt%的活性物质(TiO2),10wt.%导电炭黑和10wt.%聚偏二氟
乙烯气囊材料(PVDF)混合于手动探针台N-甲基停车场门禁系统-2-叱咯烷酮(NMP)有机溶剂中，研磨后，均匀涂在铝箔
纸表面上,然后放置在真空干燥箱中，抽真空,12CTC干燥24ho干燥后,用1.2cm2
的圆孑威片模具裁出圆型极片，将裁出的极片压完，称好之后，120℃干燥4h,以备电
池组装；
5、组装电池：将极片装在CR2025型扣式电池,金属锂片作为扣式电池阳极，隔膜
是用Celgard2300微孔聚乙烯膜,电解液为IMLiPF6有机溶剂(EC:DMC=1:1)/
整个组装过程在充满氮气的手套箱中操作进行(Mikrouna,Super1220/750,China);
6、电池性能测试：装配好的扣式电池用武汉LANDCT2001A测试系统工具进行恒
流充电和放电，电压测试范围是3.0-4.6V。
四、实验结果与分析
图1表征的是所制得TiO2的XRD图谱,图中所有衍射峰表明TiO2的结构为锐
钛矿结构，与XRD的标准卡片71-1167较为吻合,从标准卡片得知其晶体为四方晶
系，晶格参数a=b=37.892nm,c=95.371nm,其密度为3.875g/cm3,空间为
141/amd.该材料衍射峰主峰的角度（2theta）为25.275。，其对于的面间距为
3.5207nm,结晶程度较好。
图l.TiCA粉末的XRD图谱
>水性封口胶
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