[发明专利]一种多相复合钛基负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种多相复合钛基负极材料及其制备方法，首先通过一步溶剂热反应法制备钛基多元金属有机框架前躯体材料，接着对前驱体材料进行退火处理并研磨即可得到结构是钛基多元金属有机框架衍生的金属纳米颗粒弥散镶嵌在碳包覆的多孔氧化钛颗粒中的复合负极材料。所得复合材料的形貌规则，不同种类以及比例的金属盐参与反应可形成不同形貌的多元金属有机框架材料，使得该复合负极材料具备形貌可控的特性；且该复合材料具备微米级尺寸，充分利用金属有机框架衍生物材料本身的特性，使得最终产品具备结构稳定，导电性好，容量高，循环性能优良的特点，可有效作为各类电池的负极材料使用。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种多相复合钛基负极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，人类社会对新型储能技术的需求不断提高，市场对储能设备的需求也大幅增加，然而，随着锂资源紧缺和生产成本的提高，储量丰富，成本低廉的钠/钾离子电池也开始走入大众视野并逐步开始产业化。为了助力大容量储能设备和动力型锂/钠/钾离子电池的快速发展，亟需开发高效率，高容量，长寿命，低成本的新型绿色环保材料。

目前使用的电池材料主要以无机材料为主，如作为正极材料的层状氧化物、聚阴离子化合物、插层材料等，负极材料主要以碳材料为主，包括硅基材料，钛基材料，锡基材料等。这些材料都有各自的优缺点，但随着人们需求的不断提升，现有的材料已不足以完全满足人们的需要，开发新体系的电极材料无疑是当前新能源器件和新材料领域的工作重点。

目前在石墨烯、碳纳米管、多孔碳及其他传统碳材料表面负载TiO₂粒子作为电池负极材料的技术屡见不鲜，例如中国专利CN 112310377 A公开的一种电池负极材料及其制备方法，其是以改性螺旋纳米碳纤维作为基体，钛酸丁酯作为钛源，通过低温热熔剂法在改性螺旋纳米碳纤维表面负载TiO₂纳米粒子后形成复合电池负极材料。螺旋纳米碳纤维形成三维网状支撑结构用于提高纳米TiO₂的分散性，大量的纳米TiO₂又为钠离子提供更多的二维扩散通道。进而使得制备出的钠电池的比容量和循环稳定性都得到提升，但是此类材料不具孔径可调的特性，且比表面积扩幅有限，所以在应用时会受到一定的限制，不能广泛应用于不同的电池材料中，电池的倍率性能也待进一步提升。

金属有机框架衍生物材料是一类具有高的比表面积，结构丰富且稳定，孔径可控的特殊材料；稳定的结构可以提供高的容量，防止电极在充放电过程中出现粉化现象；较高的孔隙率能够为离子提供多种途径的迁移通道，提高电池的倍率性能；可控的孔径使得该类材料可广泛的应用于锂/钠/钾离子电池中。因此，金属有机框架衍生物材料具有非常好的研发潜力和很好的应用前景。

但是，现已有的金属有机框架衍生物材料还存在导电性差、容量小、循环稳定性差的缺陷，想要获得容量大、循环性能好的金属有机化合物电极材料仍然存在许多困难。因此，开发具有高容量的有机金属衍生材料，在电池中的应用极为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多相复合钛基负极材料及其制备方法，整体制备过程简单，所得材料的形貌规则，具备微米级尺寸，结构稳定，导电性好，容量高，具有优良的循环性能。

本发明的技术方案为：一种多相复合钛基负极材料，该负极材料是钛基多元金属有机框架衍生的金属纳米颗粒弥散镶嵌在碳包覆的多孔氧化钛颗粒中后形成的，碳包覆的多孔氧化钛颗粒的直径介于1～5μm。

进一步地，所述金属钠米颗粒可为单质颗粒或者是合金颗粒，具体可以是铋、锡、锑、铋锑、锡锑、铋锡、铋锡锑颗粒中的一种。

上述多相复合钛基负极材料的制备方法如下：

1)将钛源溶于添加有尿素的二元醇溶液中，将金属离子源加入钛源溶液中，搅拌混合；

2)将步骤1)所得透明溶液转移到聚四氟乙烯的反应釜中，进行溶剂热反应，反应结束后清洗烘干得到金属有机框架前驱体材料；