[发明专利]一种细菌纤维素负载钛铌氧复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种细菌纤维素负载钛铌氧复合材料及其制备方法和作为锂离子电池负极材料的应用，该材料具有较大的比表面积，细菌纤维素上负载Ti₂Nb₁₀O₂₉纳米颗粒，能增大电解液与电机的接触面积，提供更大更有效的活性反应面积，同时，加快了电子传导速率，提高了电化学性能。本发明通过高温烧结法，烧结生成细菌纤维素支架碳，以此为载体，通过水热法和高温烧结方法，制备细菌纤维素/Ti₂Nb₁₀O₂₉电极材料。本发明细菌纤维素/Ti₂Nb₁₀O₂₉材料具有高循环寿命、高能量和功率密度特点，在移动通讯、电动汽车、太阳能发电和航空航天等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种细菌纤维素负载钛铌氧(Ti₂Nb₁₀O₂₉)复合材料及其制备方法和作为锂离子电池负极材料的应用。

背景技术

电子产品消费市场的迅速扩大使得对于高性能、高稳定电池材料的需求大大增加。铌酸钛储锂材料具有好的储锂结构，从而决定了其拥有好的电化学性能。目前主要使用的负极材料包括石墨和钛酸锂等，但都存在着严重的问题，石墨由于其低的电压平台容易形成SEI膜(solid electrolyte interface，固体电解质界面膜)造成锂枝晶，可能引起爆炸，而钛酸锂虽因电压平台较高而不会生成SEI膜，但其低理论容量(175mAh g^-1)使得储能表现不够理想。与这些常见的负极材料相比较，铌酸钛化合物具有更大的理论容量和相对安全稳定性。但铌酸钛化合物同样存在着一些缺点，比如其电子电导率低、锂离子扩散系数较小等。

利用细菌纤维素支架碳作为基底，在其上负载生长钛铌氧(Ti₂Nb₁₀O₂₉)，可以有效提高电子传导速率，提高钛铌氧颗粒的比表面积，从而提高其电化学性能。细菌纤维素/Ti₂Nb₁₀O₂₉可作为具有高能量密度、高功率密度和高安全稳定性的锂离子电池负极材料。

发明内容

本发明的目的在于针对目前安全性能不高的石墨和理论容量较低的钛酸锂锂离子电池负极材料，提供了一种细菌纤维素负载钛铌氧(Ti₂Nb₁₀O₂₉)复合材料及其制备方法和作为锂离子电池负极材料的应用，该细菌纤维素/Ti₂Nb₁₀O₂₉电极材料兼具有高功率密度，高能量密度，以及高安全稳定性。

一种细菌纤维素负载钛铌氧(Ti₂Nb₁₀O₂₉)复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将细菌纤维素用冷冻干燥机进行冻干，烧结，得到细菌纤维素支架碳；

(2)将五氯化铌和钛酸异丙酯溶于无水乙醇溶液，搅拌混合均匀形成混合溶液，加入到反应釜中，并加入步骤(1)制得的细菌纤维素支架碳作为生长基底，密封并加热，冷却后，将产物洗涤干燥，得到目标前驱物，将目标前驱物烧结，得到细菌纤维素负载钛铌氧(Ti₂Nb₁₀O₂₉)复合材料。

以下作为本发明的优选技术方案：

步骤(1)中，所述的烧结具体包括：放入管式炉中，在600-800℃条件下烧结1-2小时。进一步优选，所述的烧结具体包括：放入管式炉中，在700-800℃条件下烧结1-2小时。

步骤(2)中，所述的五氯化铌和钛酸异丙酯的按摩尔比5：0.8～1.2，所述的五氯化铌和钛酸异丙酯的按摩尔比5：1，