[发明专利]一种高容量TiO2-VO2掺杂中空碳纳米纤维锂电池负极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种TiO2-VO2掺杂中空碳纳米纤维锂电池负极材料，其特征在于，包括中空碳纳米纤维以及包覆于所述中空碳纳米纤维外表面的TiO2和VO2纳米颗粒；所述TiO2纳米颗粒的含量为10～80.0wt％，所述VO2纳米颗粒的含量为0.1～20.0wt％，余量为中空碳纳米纤维。

2.根据权利要求1所述的一种TiO2-VO2掺杂中空碳纳米纤维锂电池负极材料，其特征在于，所述TiO2纳米颗粒的粒径为1～90nm，所述VO2纳米颗粒的粒径为1～100nm。

3.根据权利要求1或2所述的一种TiO2-VO2掺杂中空碳纳米纤维锂电池负极材料，其特征在于，所述中空碳纳米纤维直径为50-400nm，单根所述中空碳纳米纤维的长度为1～300μm，所述中空碳纳米纤维壁厚为10-120nm。

4.一种TiO2-VO2掺杂中空碳纳米纤维锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.采用有机前驱体、钛源、水解抑制剂、有机溶剂和钒源，制备壳层纺丝液；

S2.采用同轴静电纺丝方法，将所述壳层纺丝液和核层纺丝液进行静电纺丝，制备得到无纺纤维膜；

S3.将所述无纺纤维膜进行热处理，即可得到TiO2-VO2掺杂的中空碳纳米纤维负极材料。

5.根据权利要求4所述的一种TiO2-VO2掺杂中空碳纳米纤维锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

S101.将有机前驱体加入有机溶剂中，搅拌得到溶液A，将钛源、水解抑制剂和有机溶剂混合，搅拌得到溶液B；

S102.将溶液B加入溶液A中，加料结束后，搅拌10-30min得到两者的混合液；

S103.待混合液自然冷却至室温后，向其中加入钒源，超声分散至粉末完全混合，得到壳层纺丝液。

6.根据权利要求4或5所述的一种TiO2-VO2掺杂中空碳纳米纤维锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2之后还包括：将所述无纺纤维膜浸泡于所述有机溶剂中，除去残留的核层纺丝液，然后将所述无纺纤维膜在常温下静置风干，得到干燥的无纺纤维膜。

7.根据权利要求6所述的一种TiO2-VO2掺杂中空碳纳米纤维锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中同轴静电纺丝的设置条件为：电场强度为1～2.5kV/cm，所述核层纺丝液与所述壳层纺丝液的流量分别为0.01～0.2mL/h和0.1～1.5mL/h，接收装置为负载铝箔的转筒，转筒的转速为500～2000rpm，每张无纺纤维膜的收集时间为15～90min。

8.根据权利要求7所述的一种TiO2-VO2掺杂中空碳纳米纤维锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：将所述无纺纤维膜放入石英管中，保持管内惰性气体气氛，以1～10℃/min的升温速率升温至800～1300℃；然后通入氩氢混合气，其中氢气与氩气的体积比为1：9；保温4～48h后，自然冷却至室温，即可得到TiO2-VO2掺杂的中空碳纳米纤维负极材料。

9.根据权利要求8所述的一种TiO2-VO2掺杂中空碳纳米纤维锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述有机前驱体为聚乙烯吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷中的一种或多种；所述核层纺丝液为液体石蜡、石蜡油或甘油；所述钛源为钛酸异丙酯、钛酸正丁酯、钛酸四异丙酯或四氯化钛；所述钒源为草酸氧钒、乙酰丙酮氧钒、酒石酸氧钒、丙二酸羟胺钒、乙酰丙酮钒或偏钒酸铵；所述水解抑制剂为冰醋酸、乙酰丙酮或盐酸。

10.根据权利要求9所述的一种TiO2-VO2掺杂中空碳纳米纤维锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述负极材料中TiO2纳米颗粒的含量为10～80.0wt％，VO2纳米颗粒的含量为0.1～20.0wt％；中空碳纳米纤维直径为100-230nm，单根所述中空碳纳米纤维的长度为1～100μm，所述中空碳纳米纤维壁厚为30-80nm。