[发明专利]一种碳包覆钴、二氧化钛与钛酸锂复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳包覆钴、二氧化钛与钛酸锂复合材料及其制备方法，本发明中将适量的乙酸钴、醋酸锂、钛酸四丁酯以及草酸作为原料，加入适量的高分子(PVP)为粘合剂，在高压条件下利用静电纺丝技术制备静电纺丝产品，然后在管式炉中氮气氛围下进行控温烧结，得到了一种复合材料。该复合材料进行电化学性能测试结果显示其具有良好的电化学性能，作为锂离子电池的负极材料具有广阔的应用前景。在整个制备过程中，操作简单，原料成本低，投资少，适合批量生产。

技术领域

本发明属于材料化学领域，具体涉及到一种碳包覆钴、二氧化钛与钛酸锂复合材料及其制备方法。

背景技术

当前，为了解决能源枯竭和环境污染问题，科学家们正努力研究、开发太阳能、风能、生物能、水能、地热能、氢能等清洁能源，由于其间歇性、季节性、地域性等缺点，推广和利用收到一定限制，因此人类在能源转化和储存以实现可再生能源高效、环保利用等方面做了大量的研究。其中，在能源储存与转化装置中，尤其是二次锂离子电池表现优秀，受到了科研工作者们的广泛关注。锂离子电池作为一种新型的、环境友好的可再生储能装置已被广泛用作各种用电设备的电源，小至手机、笔记本电脑等各种便携式电子设备，大至电动汽车、轻轨云轨等交通工具。在二次锂离子电池和电催化反应中，高效的电极材料和电催化剂至关重要，纳米结构的电极材料中可以缩短离子迁移路径，提高离子的迁移速率，较大的比表面积可以增大活性位点来提高材料的电化学反应活性。一维纳米材料由于其具有定向的电子、离子传导方向，短的径向离子传输路径，强的应力承受能力，大的电化学活性表面积等优势而成为十分有前景的电极材料，一维纳米材料合成方法主要包括水热法、静电纺丝法、化学气相沉积法等方法，每种方法都各有优点和缺点，其中，静电纺丝法由于其操作简单、方法可控、可批量生产的优点而被认为是制备一维纳米材料的有效方法，目前，静电纺丝技术不仅广泛应用于实验室连续制备纳米纤维，而且实现了高效过滤材料产业化。

静电纺丝技术由于操作简单、方法可控而被用于制备各种无机含碳纳米材料，如碳材料、金属氧化物、磷化物、硫化物等复合材料具有良好的导电性和快速的电子离子传输路径，因此被广泛用于二次电池电极材料。静电纺丝技术是一种利用静电场力制备一维纳米纤维的方法，静电纺丝装置主要包括三个部分：喷丝头、高压电源和纤维收集装置。在静电纺丝过程中，当在喷丝头与接收板之间施加高压时，从针头喷射出来的溶液同时受到静电场力和溶液表面张力，当小液滴静电场力和表面张力平衡时，在针头处会形成泰勒锥，当电压继续增大使液滴静电场力大于表面张力时，液滴会被拉伸成纤维，并继续在静电场力的作用下落在接收板上被收集起来。静电纺丝纤维形貌主要受以下几个因素的影响：(1)系统参数，如聚合物的分子量，前驱体溶液的电导率、黏度、介电常数等；(2)操作参数如针头的规格、电压、流速、喷丝头与收集板之间的距离；(3)环境参数，如湿度、温度等，此外，纺丝纤维退火过程中的参数(如煅烧温度、煅烧氛围、升温速率)对纳米纤维材料的结构、形貌、和电化学性能都有很大的影响，Dan Li等人(Advance Materials,2004,16:1151-1170)研究表明，随着喷头和接收器之间施加电压和接收距离的增大，纺丝纤维直径减小，而随着流体推进速率和高分子溶液浓度的提高，纺丝纤维直径增大。利用静电纺丝技术可以制备一维碳纳米纤维并作为锂离子电池负极材料，由于其操作简单、形貌可控、一维结构导电性好以及比表面积大等优势，有利于提高电极材料的电化学性能。