[发明专利]一种用于锂离子电池的一维壳核结构材料及其制备方法

权利要求书

1. 一种用于锂离子电池的一维壳核结构材料，是由微纳结构的石墨烯片修饰的锡碳/ Ti₂O-B一维壳核结构材料，其特征在于：该一维壳核结构由内向外分别是由支撑体（1）、连接层（2）、充放电结构层（3）、保护层（4）构成的纳米线结构。

2. 根据权利要求1所述的一种用于锂离子电池的一维壳核结构材料，其特征在于：所述支撑体（1） 为H₂Ti₃O₇纳米线或纳米管，所述连接层（2）成分为高分散性微纳结构的石墨烯片—富碳多糖膜。

3.根据权利要求1所述的一种用于锂离子电池的一维壳核结构材料，其特征在于：所述充放电结构层（3）为富碳多糖膜中嵌入高分散性微纳结构的石墨烯片和SnO₂纳米颗粒的结构，所述保护层（4）成分为高分散性微纳结构的石墨烯片—富碳多糖膜。

4.根据权利要求3所述的一种用于锂离子电池的一维壳核结构材料，其特征在于：所述高分散性微纳结构的的石墨烯片的尺寸小于100nm。

5.一种如权利要求1所述的用于锂离子电池的一维壳核结构材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：

1）采用改进的Hummer工艺，结合球磨、超声、离心分离及微孔真空抽滤工艺，制备高分散性微纳结构的石墨烯片；

2）采用强碱水热法制备H₂Ti₃O₇纳米线或纳米管；

3）将步骤1）得到的高分散性微纳结构的石墨烯片和步骤2）得到的H₂Ti₃O₇纳米线或纳米管，通过葡萄糖水热法在支撑体（1）上包覆连接层（2），形成单层壳核结构材料；

4）将步骤3）得到的单层壳核结构材料与K₂SnO₃，高分散性微纳结构的石墨烯片混合，采用葡萄糖水热法在步骤3）得到的单层壳核结构上包覆充放电结构层（3），得到双层壳核结构材料；

5）将步骤4）得到的双层壳核结构材料与高分散性微纳结构的石墨烯片混合，再用葡萄糖水热法制备包覆保护层（4），得到三层壳核结构材料；

6）将步骤5）得到的三层壳核结构材料置于5%H₂/Ar石英管式炉中，在500-700℃温度下热处理2-3小时，实现富碳多糖碳化、SnO₂→Sn还原及H₂Ti₃O₇→TiO₂-B相转变，随后，在还原气氛下随炉温冷即可得到用于锂离子电池的一维壳核结构材料。

6.根据权利要求5所述的一种用于锂离子电池的一维壳核结构材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1）的具体方法为：先将石墨在还原气氛保护下进行高能球磨2-3小时，随后采用氧化还原法制备出氧化石墨烯片，将得到的石墨烯片依次进行高能球磨3-4小时、超声分散30-60分钟、离心分离；以聚苯乙烯磺酸钠溶液对已氧化的石墨烯片进行150-180℃水热改性，再用 8000-12000rpm转速离心分离20-30分钟，对上层液体使用孔径80-100nm的AAO作为微孔滤膜进行真空抽滤，抽滤溶液在80-100℃真空干燥箱中蒸干得到高分散性微纳结构的石墨烯片。

7.根据权利要求5所述的一种用于锂离子电池的一维壳核结构材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2）的具体方法为：将5g二氧化钛在100mL 15M NaOH溶液中水热即可得到H₂Ti₃O₇纳米线，或采用浓度为10M NaOH 溶液得到H₂Ti₃O₇纳米管。

8. 根据权利要求5所述的一种用于锂离子电池的一维壳核结构材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3）的具体方法为：将2-5g高分散性微纳结构的石墨烯片、1-2g H₂Ti₃O₇纳米线或纳米管超声分散到100mL 0.2-0.8mol/L的葡萄糖溶液中，随后转移到水热反应釜中，在160～200℃烘箱中保温4-8 小时，随后降至室温，并依次用酒精、去离子水清洗干净，干燥后即得到所述单层壳核结构材料。