[发明专利]一种二氧化钛/锗纳米复合材料的制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池

说明书

本发明公开了一种用泡沫镍作为基底的二氧化钛/锗纳米复合材料的制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池。本发明制备方法利用价格低廉原料制备得到氧化锌模板，通过包裹、去模板、复合、还原，得到了由用泡沫镍自支撑空心管二氧化钛与纳米颗粒锗的复合纳米材料，产物纯度高，应用于锂离子电池负极材料，能量密度高、循环稳定性好。

技术领域

本发明涉及无机纳米材料技术领域，具体涉及一种用泡沫镍作为基底的二氧化钛/锗纳米复合材料的制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有比容量高、无污染、工作温度范围宽、无记忆效应等优点，被认为是可以取代化石燃料等传统能源的下一代能量储存设备。近年来，便携式电子设备、电动工具以及电动汽车技术的高速发展对锂离子电池的性能提出了更高的要求,从而激发了新一代高比容量、长循环寿命的锂离子电池负极材料的研究。

石墨是目前应用最广泛的负极材料，但石墨中每六个碳原子才允许插入一个锂原子，与之相对应的理论可逆容量仅有372mAh/g。因此，研究具有高比容量和高功率密度的负极材料来取代石墨负极成为急需解决的事情。锗由于其高理论容量、快速锂离子扩散速率和高电导性的优点，被认为是一种非常有前景的锂离子电池负极材料。

然而，与硅和锡相似，锗负极材料在充放电循环过程中产生了巨大的体积变化(300％)，随着循环的延长，膨胀引起的巨大形变导致电极材料粉碎和电极导电网络的崩溃，使电池循环容量衰减剧烈，极大地阻碍了这种高容量材料的实际应用。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种用泡沫镍作为基底的二氧化钛/锗纳米复合材料的制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池。本发明利用价格低廉原料制备得到氧化锌模板，通过包裹、去模板、复合、还原，得到了由空心管二氧化钛与纳米颗粒锗的复合纳米材料。本发明针对提高锗作为电极材料的循环稳定性等技术难题，提供了一种工艺简单、产率高、成本低的复合材料制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种用泡沫镍作为基底的二氧化钛/锗纳米复合材料的其制备方法，包括以下步骤：

A、将锌盐溶液与碱液混合，得到混合溶液，将泡沫镍放入混合溶液中反应，得到表面生长有氧化锌的泡沫镍，将表面生长有氧化锌的泡沫镍，洗涤，干燥；泡沫镍的比表面积为0.9m²/g；

所述步骤A中锌盐为氯化锌、硝酸锌中的一种或两种，锌盐溶液浓度为0.4～0.6mol/L，优选0.46～0.52mol/L；

所述碱液为氢氧化钾、氢氧化钠溶液中的一种或两种，碱液浓度为3.5～4.6mol/L，优选3.8～4.2mol/L；

所述步骤A中反应温度为40～80℃，优选45～60℃；反应时间为4～12小时，优选5～8小时；

所述步骤A中干燥为真空干燥，温度为30～80℃；干燥时间2～18小时，优选2～6小时；

B、将表面生长有氧化锌的泡沫镍浸泡在二氧化钛溶胶中，取出，干燥，烧结，得到表面生长有氧化锌/二氧化钛复合物的泡沫镍；

所述二氧化钛可通过溶胶凝胶法合成，具体方法为：取10mL的钛酸丁酯溶于75mL无水乙醇，加入lmL乙酰丙酮作为水解抑制剂，混合均匀。量取25mL无水乙醇、lmL去离子水，混合均匀，在磁力搅拌下，缓慢逐滴滴加入至上述混合液中，继续搅拌30分钟，得到淡黄色透明二氧化钛溶胶。

所述步骤B中浸泡时间为10秒～8分钟，优选40秒～2分钟；

所述步骤B中干燥为真空干燥，温度为35～85℃，优选55～70℃，时间为1～20小时，优选1～3小时；