[发明专利]一种TiO2/SnO2/Carbon纳米复合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，涉及一种TiO₂/SnO₂/Carbon纳米复合物及其制备方法。

背景技术

商业化碳材料比容量低，新的高比容量锂离子电池对负极材料比容量提出了更高的要求。金属氧化物作为锂离子电池负极材料中的翘楚，因其明显的比容量优势，近十年来一直是广大负极材料研究者重点关注的内容。

SnO₂理论储锂比容量接近700mAh/g，几乎是商业化碳材料比容量的两倍，而且具有比四氧化三钴（理论比容量-890 mAh/g）更低的嵌脱锂电位，因而吸引了广泛的研究。但是同几乎所有的高理论比容量负极材料一样，SnO₂也存在嵌脱锂体积变化导致电极循环性能差的问题。而作为锂离子电池负极材料，研究表明，TiO₂具有很高的稳定性，将其与SnO₂结合能有效提高电极的循环稳定性，引入C能很好的提升材料的导电性等性能，通过配比调节也能兼顾高比容量优势；材料中存在的孔隙能为体积膨胀提供较大的缓冲空间，纳米化、特殊形貌能为电极性能带来较大的提升。

综合起来，超细短棒状复合结构将TiO₂小单元以一定方式分散到SnO₂大单元中作为第二相粒子，能有效分散体积变化引起的局部应力集中，而避免了由此导致的电极粉碎；引入的分散C不仅能像TiO₂一样缓解应力集中，还能提高电极的导电性等性能。超细的结构符合纳米化的要求，也能分化体积膨胀，较大地缓解局部应力集中，同时增大了表面积，提供了更多的嵌锂活性位置，缩短了锂离子迁移路程。短棒状形状能在材料中形成较多的孔隙，进一步为体积膨胀提供缓冲空间。   

发明内容

本发明的目的是提供一种性能优良的锂离子电池负极材料：一种TiO₂/SnO₂/Carbon纳米复合物，以及该纳米复合物的制备方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种TiO₂/SnO₂/Carbon纳米复合物，所述的纳米复合物为超细短棒状结构，由锐钛矿相二氧化钛、二氧化锡和碳构成。

所述短棒状纳米复合物直径为0.5-5nm，长度为5-20nm。

所述制备方法包括如下制备步骤：

A、原料配制：将钛酸纳米管粉末分散到SnCl₄·5H₂O溶液中，超声20-30 min后，再搅拌30-60 min，接着滴加二甲胺水溶液，然后加入柠檬酸溶液，继续搅拌8-10 h配制成悬浊液；

B、水解转化：将步骤A所得到的悬浊液转移到反应釜中，密封好，在180-200 ℃保温10-20 h，冷却；

C、沉淀收集：过滤沉淀，用去离子水和乙醇洗涤2-20次，然后在60-100 ℃干燥；

D、煅烧：将上述产物在400-600 ℃的氮气气氛中煅烧3-6h，得到最终产物TiO₂/SnO₂/Carbon纳米复合物。

所述钛酸纳米管与SnCl₄·5H₂O用量为摩尔比Sn：Ti =3-7。

所述二甲胺水溶液浓度为20-50wt%；所述二甲胺水溶液的加入量以悬浊液的含水量为基础，按照体积比1:20-50加入。

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

所述搅拌为磁力搅拌，所述反应釜为水热反应釜，水热反应釜装料比为25%-35%。

所述原料为钛酸纳米管、柠檬酸，SnCl₄·5H₂O作前驱体，二甲胺作塑形剂，通过TiO₂和SnO₂的共生成和柠檬酸碳化制备TiO₂/SnO₂/Carbon纳米复合物。

所述柠檬酸溶液的溶剂为乙二醇。 

柠檬酸-乙二醇溶液浓度为1-3 g/5 ml，用量为5-10ml。

本发明的优点在于：

1、原料简单易得，工艺简单易行，避开了其他合成技术中繁琐的处理步骤和对设备的高要求，成本低；