[发明专利]一种管状二氧化钛/碳锂离子电池负极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种管状二氧化钛/碳锂离子电池负极材料及其制备方法与应用。具体制备步骤为（1）制备前驱体溶液；（2）制备有机钛前驱体；（3）烧结。该方法以多元醇，一元醇和醚为碳源，硫酸氧钛等作为钛源，利用溶剂热合成有机钛前驱体，再经惰性气氛煅烧得到成品。所制得的材料呈纳米片组装成的管状，具有更丰富的孔隙度，更大的比表面积，更短的锂离子传输通道，从而便显出优异的锂电性能。本发明的制备方法原材料来源广泛，操作工艺简单、易于控制、重现性高。与传统的钛基材料相比，具有更高的比容量，优异的倍率性能和长期循环稳定性，在锂离子电池负极材料中有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属能源和电化学材料的制备和应用领域，具体涉及一种管状二氧化钛/碳锂离子电池负极材料及其制备方法与应用。

背景技术

二氧化钛由于其化学性质稳定、比容量较大、循环稳定性好并且对环境友好，能显著提高锂离子电池的安全性同时降低生产成本，是一种优异的锂离子电池的负极材料。但由于其导电性较差，导致其作为电极材料时倍率性能较差。传统的最佳解决方法是通过包裹碳增加导电性，以及通过合成特殊形貌缩短锂离子迁移路径。但这些方法大都存在着制备过程繁琐复杂，原材料成本高等缺点。本发明旨在提出一种溶剂热的方法，合成管状的二氧化钛复合碳材料，作为高性能的锂离子电池负极材料。

溶剂热合成法是一种新兴的合成金属氧化物的方法，在溶剂热中，溶剂的不同性质，如粘度、密度等，对反应物有不同的交互影响，从而影响材料的成型。该方法对于合成材料的颗粒大小、晶体结构以及形貌的可控性较好。因此，可预见将溶剂热合成法应用于二氧化钛负极材料的合成中，具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无模板合成管状形貌二氧化钛的方法，该方法所需的原材料来源广泛，操作工艺简单，易于控制并且重现性高，具有实际应用的意义。在增加材料的比表面积和孔隙度的同时，简化其合成过程，从而达到降低生产成本，提高材料性能，使得二氧化钛负极材料的商业化更进一步的目的。

本发明的另一目的在于提供所述的一种二氧化钛复合碳材料在锂离子电池中的应用，该负极材料具有比容量高、充放可逆性好、倍率性能优异等优点。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种管状二氧化钛/碳锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）前驱体溶液的制备：将钛源、多元醇、一元醇和醚按照摩尔比为1-2 : 100-200 ：300-400 : 50-150的比例混合均匀，得前驱体溶液；

（2）有机钛前驱体的制备：将步骤（1）的前驱体溶液装进聚四氟乙烯内衬的反应釜，在100-200℃反应1-3天，自然冷却至室温后，反应生成的沉淀经洗涤、干燥，得有机钛前驱体；

（3）烧结阶段：将步骤（2）制得的有机钛前驱体在惰性气氛下450-700℃烧结2-10小时，自然冷却至室温，得管状二氧化钛/碳复合负极材料。

优选地，所述多元醇包括丙三醇、乙二醇，丁四醇和丁三醇中的至少一种。

优选地，所述一元醇包括甲醇、乙醇、丙醇、叔丁醇和苯甲醇中的至少一种。

优选地，所述醚包括乙醚、苯乙醚、异丙醚和正丁醚中的至少一种。

优选地，所述钛源包括硫酸氧钛、四氯化钛、四溴化钛和四碘化钛中的至少一种。

优选地，步骤（2）中，所述洗涤是用乙醇与水的体积比为1-2 : 0.5-1的溶液离心洗涤3~6次；所述干燥是在60℃~100℃下真空干燥12~36小时。

由以上制备方法制得的一种管状二氧化钛/碳锂离子电池负极材料。

以上所述的一种管状二氧化钛/碳锂离子电池负极材料在锂离子电池中的应用。