[发明专利]一种改性二氧化钛钴酸锰复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种改性二氧化钛钴酸锰复合材料制备方法，包括以下步骤：S1、将前驱体溶液通过静电纺丝，烘干后烧结，形成TiO₂纳米纤维；S2、将TiO₂纳米纤维与Co(NO₃)₂·6H₂O、高锰酸钾、氢氧化钠和水混合搅拌加热，收集二氧化钛钴酸锰复合材料；S3、将二氧化钛钴酸锰复合材料与导电乙炔黑、PVDF以及金属颗粒进行混合并搅拌形成工作电极浆料，对工作电极浆料使用强磁场进行取向度引导；S4、将铜箔上工作电极浆料干燥并制备成电池负极，对电池电化学进行测试。本发明采用静电纺丝法制备出纳米纤维状TiO₂，以TiO₂纳米纤维为骨架，采用水热合成法实现MnCo₂O₄外层包覆，制备出二氧化钛钴酸锰复合结构，提高了锂离子电池的循环稳定性，抑制锂离子嵌入/脱嵌过程产生的体积膨胀。

技术领域

本发明涉及新材料制备技术领域，尤其涉及一种改性二氧化钛钴酸锰复合材料制备方法和应用。

背景技术

可充电锂离子电池作为主要的能量存储装置由于其高能量密度、寿命长、环境友好等特点引起了人们的广泛关注。新兴的电动汽车、混合动力电动汽车和发电系统等对具有更好倍率性能和更长循环寿命的锂离子电池有着巨大的需求。但是由于阳极固有的低容量特性，目前的锂离子电池，尤其是以石墨为阳极材料的锂离子电池，石墨碳材料作为锂离子电池传统负极材料，由于理论容量较低，越来越不能满足锂离子电池的发展需求。在各种锂离子电池负极材料中，二氧化钛TiO₂凭借无毒无害、高活性、高电化学结构稳定性、更安全的工作电压等优势脱颖而出。然而在电池充放电过程中，由于电极与电解液接触面积小，往往导致锂离子嵌入-脱出动力学和TiO₂电化学性能大打折扣。

现有技术中过渡金属氧化物复合材料通常被认为是改善电极材料循环稳定性的有效方法。钴酸锰MnCo₂O₄由于具有较多的氧化还原反应电子，导致其具有更好的储能性能，因此可以提供更高的电化学活性和更高的比容量，成为一种很有前途的锂离子电池阳极替代材料。但是，MnCo₂O₄其低电导率、锂离子嵌入/脱嵌过程中体积膨胀严重等缺点使其作为阳极材料的应用受到限制。

因此，为了制备各种锂离子电池负极材料，需要对钴酸锰MnCo₂O₄进行改性，以解决MnCo₂O₄面临导电性差、体积膨胀严重、循环性能差等问题。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种改性二氧化钛钴酸锰复合材料制备方法和应用，以解决面临导电性差、体积膨胀严重、循环性能差等问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种技术方案为：一种改性二氧化钛钴酸锰复合材料制备方法，包括以下步骤：

S1、TiO₂纳米纤维的制备：制备TiO₂的前驱体溶液；将前驱体溶液通过静电纺丝，在60-80℃下烘干，放入马弗炉中进行烧结，形成交错聚合的TiO₂纳米纤维；

S2、二氧化钛钴酸锰复合结构的制备：将S1中制备的TiO₂纳米纤维以一定比例与Co(NO₃)₂·6H₂O、高锰酸钾、氢氧化钠和水混合，磁力搅拌5-10min得到混合溶液，转入特氟龙反应釜并在烘箱中加热，收集二氧化钛钴酸锰复合材料；

S3、取向度引导：将所述S2中的二氧化钛钴酸锰复合材料与导电乙炔黑、PVDF以及金属颗粒进行混合并搅拌形成工作电极浆料，将工作电极浆料涂覆于铜箔，并在工作电极浆料干燥前使用强磁场对工作电极浆料中二氧化钛钴酸锰复合材料的取向度进行引导，保证二氧化钛钴酸锰复合材料沿纤维轴向规则排布；