[发明专利]一种碳负载碳化钛材料的制备方法及其所得产品与应用

说明书

本发明公开了一种碳负载碳化钛材料的制备方法，包括以下步骤：(a)将葡萄糖、氯化钠加入到水中，搅拌静置三十分钟以上，加入氟化钛继续搅拌，烘干，在保护气氛下煅烧，得到碳负载碳化钛前驱体；(b)将碳负载碳化钛前驱体加水抽滤，再进行烘干，将烘干后的粉末在保护气氛下煅烧，得到碳负载碳化钛材料。本发明还公开了一种上述制备方法所得的碳负载碳化钛材料。本发明又公开了一种碳负载碳化钛材料在锂离子电池负极中的应用。本发明制备方法简单高效；所制得的碳负载碳化钛材料应用于锂离子电池负极材料时，具有优秀的循环稳定性以及高倍率性能，在10Agsupgt;‑1/supgt;的大电流密度下充放电10000次后仍具有225mAhgsupgt;‑1/supgt;的比容量。

技术领域

本发明涉及复合材料制法及其所得产品与应用，具体为一种碳负载碳化钛材料的制备方法及其所得产品与应用。

背景技术

近三十年来，包括智能手机，笔记本电脑和电动汽车在内的电子设备的发展，极大地促进了电池的飞速发展。涌现出了如锂离子电池，钠离子电池，锂硫电池和钠硫电池等各类可充电电池，其中，锂离子电池由于其长循环寿命、高能量密度和便携特性成为商业化应用最为广泛的电池。近年来，碳基材料发展迅速。研究者已经证明，石墨与碳纳米管(CNT)的混合可以使负极的电荷转移电阻比商业石墨降低近2倍，从而增强了锂离子电池中快速充电的效果。模拟研究表明，锂离子的扩散势垒与石墨的锂化程度有关，石墨的锂化程度越高，锂离子的扩散势垒越大，导致过电位增大此外，石墨的一个缺陷是由于石墨的拉伸和收缩而产生的不稳定的固体电解质界面产生了高不可逆容量损失。

目前，过渡金属碳化物，因其熔点高、硬度高、化学稳定性好、导电性好等优点，在点化学储能方面备受关注。此外，如WC、TiC、TaC等具有与贵金属相似的sp电子性质和催化性能，因此用过渡金属碳化物替代Pt、Au和Pd可以显著降低催化剂的成本。而且TiC作为过渡金属化合物，具有导电性好(1.5×10⁴Scm^-1)，密度低等优势，用来改性锂离子电池负极材料时，往往可以提高材料的电子迁移率。抑制嵌锂/脱锂时的体积变化。有研究团队使用空气中的二氧化碳作为碳源，通过在空气中氧化TiC的方法制备了TiC@C-TiO₂核壳复合负极，但由于其结构设计上的限制，以及碳源二氧化碳的含量难以控制，在1Ag^-1的电流密度下仅具有254mAhg^-1的放电比容量。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种简单高效的碳负载碳化钛材料的制备方法，本发明的另一目的是提供一种导电性好、高倍率长循环寿命的碳负载碳化钛材料，本发明的再一目的是提供一种碳负载碳化钛材料在锂离子电池负极中的应用。

技术方案：本发明所述的一种碳负载碳化钛材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)将葡萄糖、氯化钠加入到水中，搅拌静置三十分钟以上，使物料混合均匀，加入氟化钛继续搅拌，烘干，在保护气氛下煅烧，得到碳负载碳化钛前驱体；

(b)将碳负载碳化钛前驱体加水抽滤，再进行烘干，将烘干后的粉末在保护气氛下煅烧，得到碳负载碳化钛材料。

进一步地，步骤(a)中，烘干温度为60～100℃，烘干时间为15～25h。煅烧温度为600～800℃，升温速率为4～5℃/min，保温时间为2～4小时。煅烧温度低于600℃，会氧化不完全；煅烧温度高于800℃，会破坏结构。升温速率低于4℃/min，会反应不完全；升温速率高于5℃/min，会有炸炉的风险。葡萄糖、氯化钠、水的质量比为2：15：10。

进一步地，步骤(b)中，抽滤的次数为5～10次。煅烧温度为1000～1200℃，升温速率为4～5℃/min，保温时间为1～3小时。煅烧温度低于1000℃，会难以碳化；煅烧温度高于1200℃，会破坏TiC的结构。升温速率低于4℃/min，会反应不完全；升温速率高于5℃/min，会有炸炉的风险。