[发明专利]以二氧化钛为骨架结构包覆磷的复合材料及其应用

说明书

（一）技术领域

本发明涉及一种以二氧化钛为骨架结构包覆磷(TiO₂/P)的复合材料及其作为锂离子电池负极材料的应用，以及由此制得的锂离子电池。

（二）背景技术

锂离子电池作为一种高性能绿色能源，近年来受到了广泛关注。发展高性能锂电池关键技术之一正是负极材料的研发。二氧化钛作为一种新兴的锂离子电池负极材料，较传统负极材料石墨相比，可以大幅提高安全稳定性以及大倍率充放电性能。而随着移动能源应用对大电流充放电性能以及安全性的要求不断提高（如混合动力汽车），这两点恰恰是非常重要的。尽管具有上述优点，其较低的能量密度（理论容量）意味着相同能量下占据更高的体积，极大地限制了其应用。该项目利用二氧化钛的电化学稳定性，将二氧化钛作为骨架，添加能量密度高但循环性能不稳定的红磷，二者优势互补。这种仿建筑中在混凝土中加入钢筋的结构，可以在保证稳定性的同时可以极大的提升二氧化钛的能量密度。

（三）发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种二氧化钛为骨架结构包覆磷(TiO₂/P)的复合材料，以提高二氧化钛的能量密度并降低成本，适于工业化生产。

本发明的第二个目的在于提供所述二氧化钛为骨架结构包覆磷(TiO₂/P)的复合材料作为锂离子电池负极材料的应用，所述的二氧化钛为骨架结构包覆磷(TiO₂/P)的复合材料可以有效地降低二氧化钛应用在锂离子电池负极材料的成本，提高其能量密度，并保持这种材料大电流充放过程中的结构稳定性，为其大规模商业化提供可能。

本发明的第三个目的在于提供以所述二氧化钛为骨架结构包覆磷(TiO₂/P)的复合材料作为负极材料的锂离子电池，具有体积能量密度高、循环及大倍率充放电性能优良、安全性高的优点。

下面对本发明的技术方案做具体说明。

本发明提供了一种以二氧化钛为骨架结构包覆磷(TiO₂/P)的复合材料，其制备方法包括如下步骤：

（1）取红磷粉末和分散剂混合，溶入乙醇中超声2～4h，而后自然沉降48～96h；

（2）取沉降后得到的上层液，加入钛源，搅拌后缓慢加入去离子水，离心收集下层沉淀物，烘干后在300～400℃煅烧2～4小时，得到最终产物TiO₂/P。

作为优选，步骤（1）所述红磷粉末与分散剂的质量比为4～10：1，溶剂的用量以红磷粉末的质量计为5～20mL/g，优选10mL/g。

作为优选，步骤（1）所述的分散剂选自下列一种或任意几种的组合：聚乙二醇、木质素磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、单硬脂酸甘油酯。

作为优选，步骤（2）中，所述的钛源为下列一种或任意几种的组合：硫酸钛、三氯化钛、四氯化钛、钛酸异丙酯、钛酸四丁酯。

作为优选，步骤（2）中，钛源的加入质量以上层液的体积计为20～50g/L。

本发明制得的二氧化钛为骨架结构包覆磷(TiO₂/P)的复合材料是纳米级TiO₂为主体结构掺入红磷。

本发明还提供了所述的二氧化钛为骨架结构包覆磷(TiO₂/P)复合材料作为锂离子电池负极材料的应用。

最后，本发明提供了以所述的二氧化钛为骨架结构包覆磷(TiO₂/P)复合材料作为负极材料的锂离子电池，其中锂离子电池的制备采用常规操作。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

A）本发明的二氧化钛为骨架结构包覆磷(TiO₂/P)复合材料可以提高二氧化钛的能量密度并降低成本，适于工业化生产。

B）本发明制得的二氧化钛为骨架结构包覆磷(TiO₂/P)复合材料作为锂离子电池负极材料应用时，能够大幅提高其大电流充放电条件下的性能，并具有很高的安全性，这种特性可以满足当前移动能源应用领域对锂离子电池不断提高的大电流充放电性能以及安全性的要求（如电动汽车）。

（四）附图说明

图1是本发明实施例1制得二氧化钛为骨架结构包覆磷(TiO₂/P)复合材料的扫描电子显微镜照片，可看到外层大量纳米尺寸TiO₂。