[發明專利]一種TiO2/SnO2/Carbon納米復合物及其制備方法

有效

• 申請號: 201410149899.3
• 申請日: 2014-04-15
• 公開（公告）號: CN103887486B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 曾榮華;張新河;鄭新宇;丁玉茹;湯春薇;羅旭忠;阮艷莉;李中延
• 申請（專利權）人: 東莞市邁科科技有限公司;東莞市邁科新能源有限公司
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/62
• 代理公司: 東莞市冠誠知識產權代理有限公司44272
• 代理人: 張作林

技術領域

本發明屬于鋰離子電池負極材料技術領域，涉及一種TiO₂/SnO₂/Carbon納米復合物及其制備方法。

背景技術

商業化碳材料比容量低，新的高比容量鋰離子電池對負極材料比容量提出了更高的要求。金屬氧化物作為鋰離子電池負極材料中的翹楚，因其明顯的比容量優勢，近十年來一直是廣大負極材料研究者重點關注的內容。

SnO₂理論儲鋰比容量接近700mAh/g，幾乎是商業化碳材料比容量的兩倍，而且具有比四氧化三鈷（理論比容量-890?mAh/g）更低的嵌脫鋰電位，因而吸引了廣泛的研究。但是同幾乎所有的高理論比容量負極材料一樣，SnO₂也存在嵌脫鋰體積變化導致電極循環性能差的問題。而作為鋰離子電池負極材料，研究表明，TiO₂具有很高的穩定性，將其與SnO₂結合能有效提高電極的循環穩定性，引入C能很好的提升材料的導電性等性能，通過配比調節也能兼顧高比容量優勢；材料中存在的孔隙能為體積膨脹提供較大的緩沖空間，納米化、特殊形貌能為電極性能帶來較大的提升。

綜合起來，超細短棒狀復合結構將TiO₂小單元以一定方式分散到SnO₂大單元中作為第二相粒子，能有效分散體積變化引起的局部應力集中，而避免了由此導致的電極粉碎；引入的分散C不僅能像TiO₂一樣緩解應力集中，還能提高電極的導電性等性能。超細的結構符合納米化的要求，也能分化體積膨脹，較大地緩解局部應力集中，同時增大了表面積，提供了更多的嵌鋰活性位置，縮短了鋰離子遷移路程。短棒狀形狀能在材料中形成較多的孔隙，進一步為體積膨脹提供緩沖空間。???

發明內容

本發明的目的是提供一種性能優良的鋰離子電池負極材料：一種TiO₂/SnO₂/Carbon納米復合物，以及該納米復合物的制備方法。

本發明通過以下技術方案實現：

一種TiO₂/SnO₂/Carbon納米復合物，所述的納米復合物為超細短棒狀結構，由銳鈦礦相二氧化鈦、二氧化錫和碳構成。

所述短棒狀納米復合物直徑為0.5-5nm，長度為5-20nm。

所述制備方法包括如下制備步驟：

A、原料配制：將鈦酸納米管粉末分散到SnCl₄·5H₂O溶液中，超聲20-30?min后，再攪拌30-60?min，接著滴加二甲胺水溶液，然后加入檸檬酸溶液，繼續攪拌8-10?h配制成懸濁液；

B、水解轉化：將步驟A所得到的懸濁液轉移到反應釜中，密封好，在180-200?℃保溫10-20?h，冷卻；

C、沉淀收集：過濾沉淀，用去離子水和乙醇洗滌2-20次，然后在60-100?℃干燥；

D、煅燒：將上述產物在400-600?℃的氮氣氣氛中煅燒3-6h，得到最終產物TiO₂/SnO₂/Carbon納米復合物。

所述鈦酸納米管與SnCl₄·5H₂O用量為摩爾比Sn：Ti?=3-7。

所述二甲胺水溶液濃度為20-50wt%；所述二甲胺水溶液的加入量以懸濁液的含水量為基礎，按照體積比1:20-50加入。

所述SnCl₄·5H₂O溶液中溶劑H₂O的用量為：H₂O：SnCl₄·5H₂O=5-20mL：1g。

所述攪拌為磁力攪拌，所述反應釜為水熱反應釜，水熱反應釜裝料比為25%-35%。

所述原料為鈦酸納米管、檸檬酸，SnCl₄·5H₂O作前驅體，二甲胺作塑形劑，通過TiO₂和SnO₂的共生成和檸檬酸碳化制備TiO₂/SnO₂/Carbon納米復合物。

所述檸檬酸溶液的溶劑為乙二醇。?

檸檬酸-乙二醇溶液濃度為1-3?g/5?ml，用量為5-10ml。

本發明的優點在于：

1、原料簡單易得，工藝簡單易行，避開了其他合成技術中繁瑣的處理步驟和對設備的高要求，成本低；