[发明专利]过渡金属氧化物@碳复合纳米材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种过渡金属氧化物@碳复合纳米材料的制备方法。所述方法以过渡金属盐和葡萄为原料，按比例溶于水中，通过水热反应得到前驱体，再经高温热处理，制得在微米/纳米结构无定形碳基体中均匀分布的过渡金属氧化物纳米颗粒。本发明通过调节过渡金属氧化物盐与碳源之间的比例，控制水热温度和热处理温度，得到自组装的过渡金属氧化物@碳复合纳米材料，应用于电池的电极材料中，电子电导率和结构稳定性得到大力改善，有效提高电池的循环寿命，可广泛应用于电化学催化、能源转换及储能等领域。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种过渡金属氧化物@碳复合纳米材料的制备方法。

背景技术

过渡金属氧化物(TMOs)作为锂离子电池的负极材料，由于其成本低，环境友好，理论容量高，工作电压平台低，研究广泛。然而，受锂电池电导率低，嵌锂/脱锂过程中体积变化大，容量衰减快，倍率性能差等不利影响，其在锂离子电池中的应用受到限制。过渡金属氧化物与碳材料的杂化已被证明是提高嵌锂/脱锂过程中的电导率和缓解电极粉碎的有效策略。

目前关于TMOs@C复合材料的制备主要有两个大方向。一是将TMOs与碳材料(例如还原石墨烯，氧化还原石墨烯，碳纳米管等)通过搅拌或者超声等方法进行复合。例如，Hailiang Wang的团队制备了四氧化三锰和石墨烯复合材料(Wang,H.；et al.,Mn₃O₄-Graphene Hybrid as a High-Capacity Anode Material for Lithium IonBatteries.Journal of the American Chemical Society 2010,132(40),13978-13980.)。二是通过表面碳包覆实现复合，实现方法有通过磁控溅射进行表面镀膜，通过多巴胺或者葡萄糖等有机物进行包碳等(Wang,C.et al.,Uniform carbon layer coatedMn₃O₄nanorod anodes with improved reversible capacity and cyclic stability forlithium ion batteries.ACS applied materials&interfaces 2012,4(3),1636-42.)。这些方法的共同之处在于都是在完成了材料的制备之后再进行碳的复合，且涉及的合成设备和制作工艺复杂、合成原料受限，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本、可控的、一步合成过渡金属氧化物@碳复合纳米材料的制备方法。该方法采用低成本原料，通过水热法得到前驱体，再经高温热处理碳化后得到尺寸均匀的过渡金属氧化物@碳复合纳米材料。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

过渡金属氧化物@碳复合纳米材料的制备方法，具体步骤如下：

按过渡金属盐与葡萄糖的摩尔比为40:10～30，将过渡金属盐、葡萄糖溶于水中，搅拌混合均匀后，100～180℃下水热反应，反应结束后，水洗，干燥，得到过渡金属碳酸盐前驱体，惰性气体保护下，450-650℃下热处理，保温反应2～3h，反应结束后冷却至室温，得到过渡金属氧化物@碳复合纳米材料(TMOx@C)。

优选地，所述的过渡金属盐选自高锰酸钾或氯化铁。

优选地，所述的水热时间为8～10h。

优选地，热处理时的升温速率为2～5℃/min。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：