[發(fā)明專利]一種鋰插層二氧化錳?氮化鈦納米管復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410148411.5
• 申請日: 2014-04-10
• 公開（公告）號(hào): CN103985563B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝一兵
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G11/50
• 分類號(hào): H01G11/50;H01G11/86;H01G11/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 沈振濤

1.一種鋰插層二氧化錳-氮化鈦納米管復(fù)合材料，其特征在于：所述復(fù)合材料包括氮化鈦納米管、沉積在氮化鈦納米管內(nèi)部和氮化鈦納米管間隙中的鋰插層二氧化錳，氮化鈦納米管、沉積在氮化鈦納米管內(nèi)部和氮化鈦納米管間隙中的鋰插層二氧化錳形成同軸異質(zhì)納米管陣列結(jié)構(gòu)；所述氮化鈦納米管壁厚為10～20nm、直徑為80～150nm、高度為900～1100nm，相鄰氮化鈦納米管的間隙為30～60nm；

所述復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟：

(1)氮化鈦納米管電極基體材料制備：以氟化銨、磷酸和乙二醇混合水溶液為反應(yīng)電解質(zhì)，混合水溶液中，氟化銨的濃度為0.1-0.3mol/L，磷酸濃度為0.4-0.6mol/L，乙二醇濃度為8-10mol/L；以鈦片為工作電極，鉑片為對電極，采用陽極氧化法以25-35V的工作電壓反應(yīng)2-4h制得二氧化鈦納米管陣列；二氧化鈦納米管陣列先在空氣中以400-500℃煅燒1-3h，再在氨氣氣氛中以750-850℃煅燒1-3h得氮化鈦納米管電極基體材料；

(2)采用醋酸錳和硫酸鋰的混合水溶液為反應(yīng)電解質(zhì)溶液，其中，醋酸錳的濃度為0.01-0.03mol/L，硫酸鋰的濃度為0.8-1.2mol/L以氮化鈦納米管電極基體材料作為電極基體材料并作為工作電極，以鉑片為輔助電極，以飽和甘汞電極為參比電極，在三電極電化學(xué)反應(yīng)體系中采用電化學(xué)插層-沉積反應(yīng)合成方法制備鋰插層二氧化錳-氮化鈦納米管復(fù)合材料；

所述電化學(xué)插層-沉積反應(yīng)合成方法為兩步法，包括差分脈沖伏安法和循環(huán)伏安法；具體包括以下步驟：

(1)差分脈沖伏安法：設(shè)定初始電位為-0.4V，終止電位為1.3V，電位增量為0.004V/s，脈沖幅度0.02V，脈沖寬度0.05s，脈沖周期為5s；

(2)循環(huán)伏安法：設(shè)定初始電位為-0.4V，終止電位為1.3V，掃描速率為0.01V/s，掃描段數(shù)為4。

2.權(quán)利要求1所述的鋰插層二氧化錳-氮化鈦納米管復(fù)合材料在鋰離子超級(jí)電容器制備中的應(yīng)用，其特征在于：所述鋰離子超級(jí)電容器正負(fù)電極材料均為鋰插層二氧化錳-氮化鈦納米管復(fù)合材料，電解質(zhì)為液態(tài)相鋰離子電解質(zhì)或固態(tài)相鋰離子電解質(zhì)；所述液態(tài)相鋰離子電解質(zhì)為摩爾濃度為1.0～3.0mol/L的氫氧化鋰水溶液、摩爾濃度為1.0～3.0mol/L的硫酸鋰水溶液或摩爾濃度為0.1～1.0mol/L的高氯酸鋰碳酸丙烯酯-乙腈溶液，采用微孔纖維素酯薄膜作為電極隔膜；所述固態(tài)相鋰離子電解質(zhì)為質(zhì)量百分比濃度為20～80％的高氯酸鋰的聚乙烯醇凝膠或高氯酸鋰的聚甲基丙烯酸甲酯凝膠。