[發(fā)明專利]一種錫摻雜金紅石TiO2

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911207974.6
• 申請(qǐng)日: 2019-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN111048754B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧鋒奇;戎超;夏穎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桂林理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南寧東之智專利代理有限公司 45128
• 代理人: 汪治興

本發(fā)明提供了一種錫摻雜金紅石TiO₂復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用。通過(guò)離子交換和取代，結(jié)合在管式爐里面的后期煅燒，即可得到Sn?TiO₂，接著與聚多巴胺包覆，碳化之后與氧化石墨烯復(fù)合，然后在進(jìn)行氧化石墨的還原，即制得錫摻雜金紅石TiO₂復(fù)合材料。該錫摻雜金紅石TiO₂復(fù)合材料應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料。本發(fā)明利用簡(jiǎn)單的離子交換和吸附以及碳材料改性得到錫摻雜金紅石TiO₂復(fù)合材料。將其作為儲(chǔ)能電極材料時(shí)，展現(xiàn)了高容量，循環(huán)穩(wěn)定性能好。本發(fā)明方法提供了一種無(wú)機(jī)金屬摻雜鈦酸鹽的合成策略，為獲得高容量，高倍率，循環(huán)穩(wěn)定性的材料提供借鑒意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料與電化學(xué)器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種錫摻雜金紅石TiO₂復(fù)合材料（Sn-TiO₂@C/RGO復(fù)合材料）的制備方法及其應(yīng)用。該方法通過(guò)室溫下離子吸附和摻入手段來(lái)制備錫摻雜金紅石TiO₂，接著對(duì)其進(jìn)行碳包覆和復(fù)合還原氧化石墨烯改性。該復(fù)合材料應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料，具有一定的推廣性。

背景技術(shù)

這些年來(lái)，TiO₂作為一種過(guò)渡金屬氧化物被廣泛應(yīng)用儲(chǔ)能領(lǐng)域，因?yàn)槠湓诔浞烹娺^(guò)程體積變化小。循環(huán)穩(wěn)定性好，同時(shí)與石墨電極相比，有較高的工作平臺(tái)，不易生成鋰枝晶，但是作為熱穩(wěn)定性最高的金紅石結(jié)構(gòu)，由于其脫嵌鋰之間滯后比較低，鋰離子在其結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散是各向異性的，導(dǎo)致其容量較低，大大抑制了其材料的應(yīng)用，納米化以及摻雜皆可以提高其性能。錫基材料具有高容量，不過(guò)Sn基電極在合金化/去合金化的過(guò)程中，體積膨脹率達(dá)到250 %，使得電極粉化嚴(yán)重導(dǎo)致容量迅速下降，因此結(jié)合這兩類材料的特點(diǎn)，因此用錫對(duì)TiO₂進(jìn)行摻雜。由于Sn⁴⁺的離子半徑(0.71 ?)比Ti⁴⁺的離子半徑(0.68 ?)大，Sn摻雜取代Ti后擴(kuò)大了TiO₆八面體體積，為L(zhǎng)i⁺的嵌入提供了更大的空間和通道，減小了鋰離子在內(nèi)部擴(kuò)散的阻力。同時(shí)進(jìn)行錫摻雜熱處理之后，會(huì)形成多孔結(jié)構(gòu)，這種納米多孔結(jié)構(gòu)為鋰離子擴(kuò)散提供了有效的通道，縮短了鋰離子的傳輸路徑，可以提高大電流密度充放電時(shí)的比容量，可以得到高容量，循環(huán)穩(wěn)定性好的安全電極材料。

納米顆粒TiO₂在充放電過(guò)程中較容易發(fā)生團(tuán)聚，將其進(jìn)行聚多巴胺包覆，碳化得到的碳層可以減緩材料在充放電過(guò)程中的團(tuán)聚，氧化石墨烯由于其高比表面，高導(dǎo)電性備受研究者青睞。將碳包覆的錫摻雜二氧化鈦與還原氧化石墨烯復(fù)合，這種獨(dú)特的復(fù)合材料可以為電子的傳輸提供快速通道，使得電極材料的電子和離子導(dǎo)電率提高，同時(shí)二維的石墨烯結(jié)構(gòu)，也增加了電極材料與電解液的接觸面積，可以有效的減少內(nèi)阻，即可得到優(yōu)越電化學(xué)性能的負(fù)極材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種制備工藝簡(jiǎn)單的錫摻雜金紅石TiO₂復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用。制得的復(fù)合材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，以克服現(xiàn)有負(fù)極材料的不足。

制備錫摻雜金紅石TiO₂復(fù)合材料的具體步驟為:

（1）稱取0.5 g TiN超聲分散在120 mL去離子水中，然后加入16 mL 30 wt%的H₂O₂，接著加入16 mL 25 wt%的氨水，所得混合液繼續(xù)攪拌，顏色由黑色慢慢變?yōu)橥该鞯狞S色溶液，然后再加入76 mL無(wú)水乙醇，攪拌10分鐘后放到80 ℃的油浴鍋中反應(yīng)12小時(shí)，得到白色沉淀，然后用去離子水和乙醇洗至中性，干燥，即得無(wú)定形TiO₂納米球。