[发明专利]一种二氧化钛包覆三氧化二铁复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种二氧化钛包覆三氧化二铁复合材料的制备方法及其应用，采用水热法合成三氧化二铁微球，然后通过动力学控制水浴法在三氧化二铁微球上包覆一层无定型二氧化钛，随后在空气气氛中进行热处理得到具有核壳结构的结晶型二氧化钛包覆三氧化二铁复合锂离子电池负极材料。此方法制备的二氧化钛包覆三氧化二铁复合负极材料有效结合了三氧化二铁的高比容量和二氧化钛的优异循环稳定性，从而表现出较高的比容量和稳定的循环性能，是一种理想的锂离子电池负极材料，可广泛应用于需要高能量密度、使用寿命长、高稳定性的锂离子动力电池上。同时本发明的方法简单，条件温和，成本较低，材料形貌结构易于调控，易大规模生产，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属锂离子电池新能源材料领域，具体涉及一种二氧化钛包覆三氧化二铁复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池作为一种新型、绿色、高能化学电源被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、航空航天等领域。随着社会的发展，人们对锂离子电池性能提出了更高的要求。负极材料作为锂离子电池的重要组成，对电池的整体性能起重要作用。目前商业化锂离子电池采用的石墨基负极材料比容量通常小于350 mAh g^-1，这种较低的比容量难以满足实际的发展需求。此外，这种石墨基负极材料的嵌锂电位比较低，与金属锂相近，在不断的充放电过程中容易产生锂枝晶，从而导致电池短路，引发安全问题。因此，研究和开发新型、高效的负极材料迫在眉睫。

近年来，过渡金属氧化物（如Fe₂O₃、Fe₃O₄、NiO、Co₃O₄等）因其比容量高、来源广泛等优点被认为是一类很有应用前景的锂离子电池负极材料而备受关注。其中Fe₂O₃ 的理论比容量高达1008 mAh g^-1，相当于传统石墨基负极比容量的3倍。同时，铁源具有无毒、廉价易得等优点。因而，三氧化二铁材料被作为一种高效的负极材料被大量研究。然而，三氧化二铁材料的电子传输比较慢，导致倍率性能不佳。同时，三氧化二铁材料在充放电过程中会出现较大的体积变化，导致材料结构的坍塌，造成容量的快速衰减。

二氧化钛材料作为锂离子电池负极材料，其脱嵌锂电压平台在1.75V左右，可以有效的避免了锂枝晶的产生，提高了电池的使用安全。另外，钛氧形成八面体结构，在充放电过程中体积变化比较小，可以很好的保持结构的完整性，从而获得较好的循环性能稳定性。

为此，对Fe₂O₃材料进行二氧化钛的有效包覆可以充分结合Fe₂O₃的高比容量和二氧化钛的稳定结构，有效改善三氧化二铁材料的上述缺点，从而获得一类具有较高比容量和优异循环性能的复合材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种比容量高且循环性能稳定的二氧化钛包覆三氧化二铁复合材料的制备方法及其应用。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种二氧化钛包覆三氧化二铁复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：称取一定量九水合硝酸铁，溶解于一定量的丙三醇与无水乙醇的混合溶液中，搅拌溶解得到橙黄色溶液；

步骤二： 将步骤一获得的橙黄色溶液转入到50 ml水热釜中在160～200℃下反应12～24小时，随后经洗涤、离心、60℃烘干得到浅红色的三氧化二铁材料；

步骤三：称取0.075g步骤二中获得的三氧化二铁材料，溶解于100 ml无水乙醇中，随后加入适量浓度为28%的氨水溶液，超声15分钟，然后缓慢滴加一定体积的钛酸四丁酯溶液；

步骤四：将步骤三获得的混合溶液在45℃水浴反应12～36小时，随后洗涤、离心分离、60℃干燥得到无定型二氧化钛包覆三氧化二铁材料；