[发明专利]一种二氧化钛包覆三氧化钼材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种二氧化钛包覆三氧化钼材料及其制备与应用。该制备方法先将(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O水溶液与HNO₃均匀混合；接着向上述水溶液中加入50～150nm的球形或近球形镍钛合金粉末，混合均匀后将该溶液转移至四氟乙烯内衬高压反应釜中，并在90～180℃反应1～12小时；反应结束冷却至室温后，离心收集反应产物，并用水和乙醇分别洗涤数次，然后将产物真空干燥，得到片状结构二氧化钛包覆三氧化钼材料。本发明制备方法可控性强，操作简单，可用于锂离子二次电池电极材料的大规模生产，并可显著提高电极材料的比容量、循环和倍率性能。

技术领域

本发明涉及一种三氧化钼负极材料，特别是涉及一种二氧化钛包覆三氧化钼材料及其制备方法与应用，属于纳米功能材料和锂离子二次电池领域。

背景技术

锂离子电池(Lithium ion batteries,LIBs)，是通过Li离子(Li⁺)在正负极之间往复的嵌入和脱嵌运动来实现电能储存的一种可充电能量存储装置。它是由负极(也称阳极)和正极(阴极)，以及填充有非水电解质的隔膜组成，其中非水电解质连接正极和负极，以避免内部短路。

目前，具有相对高能量密度和长循环稳定性的可充电锂离子电池(LIBs)广泛用于各种便携式电子设备、智能电器和电动汽车领域。但目前商业化的石墨负极由于理论容量较低(仅为372mAh g^-1)且充放电速率(倍率)有限，故不能满足人们对高能量密度和高功率密度的应用需求。因此，为了提高LIBs的电化学性能和应用潜力，需在保持良好循环稳定性的同时开发出具有相对高容量和高倍率的替代负极材料。在各种备选负极材料中，金属氧化物，特别是具有纳米级结构的金属氧化物，具有高理论容量、高倍率性能、价格低廉和环境友好，有望成为LIBs中负极材料的有力竞争者。在各种金属氧化物中，六方晶系MoO₃(h-MoO₃)受到了研究人员的广泛关注，其具有低电阻率，高化学稳定性、高理论嵌锂容量(约1117mAh g^-1，约为石墨负极的三倍)和环境友好性等优点。更重要的是，h-MoO₃具有的独特通道结构可以允许Li⁺的可逆嵌入/脱嵌，或可通过转化过程与Li⁺反应。但是，MoO₃在转化反应过程中形成Mo和Li₂O时，体相MoO₃中Li⁺扩散的动力学较差，而且会因巨大的体积膨胀而引起结构的破坏，故阻碍了其实际应用。

与块体材料相比，纳米材料通常可表现出块体材料不具备的特殊性质。因此为了解决MoO₃的上述缺点，已合成各种具有特定纳米结构的MoO₃材料(如纳米带，纳米片，纳米棒，纳米线及多孔膜等)，并用作LIBs的负极材料。其中纳米片结构通常具有大的暴露表面和特定晶面以及更多的活性位点，因此其可作为快速锂存储的理想框架。此外，受益于纳米片材料的大比表面积与体积比，以及对诱导应力的一定程度缓解，因此MoO₃纳米片材料电极可表现出较明显的增强Li⁺储存特性。然而，纳米片结构MoO₃负极的循环结构稳定性和可逆容量循环稳定性仍然有限，仅通过减小尺寸的方法来缓解体积膨胀并改善电化学稳定性，能起到的作用是相对有限。