[发明专利]一种CoS空心壳包埋TiO2

说明书

本发明公开了一种CoS空心壳包埋TiO₂纳米颗粒的锂离子电池负极材料，属于锂离子电池技术领域。本发明的制备方法是以钛酸异丙酯水解法合成TiO₂纳米颗粒，再在TiO₂纳米颗粒表面包覆一层亲MOF的PVP，使TiO₂纳米颗粒在ZIF67生长过程中能被吸收，表面镶嵌及内部包埋于ZIF67上，形成一种枣糕结构，最后通过硫代乙酰胺水热法硫化获得最终产物。采用本发明所提供的CoS空心壳包埋TiO₂纳米颗粒作为锂离子电池负极材料，表现出良好的充放电性能和循环稳定性，在锂离子电池中具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、使用寿命长、安全稳定、环境友好等特点，在移动设备、绿色交通以及能源存储等领域具有广泛的应用前景。近年来智能电子设备发展迅猛，对电源提出了更高要求，迫切需要电源具有高的能量密度和功率密度，长的循环寿命，以及良好的使用性能。当前的商品锂离子电池已不能完全满足市场需求，开发高性能电极和电极材料以提高锂离子电池的电化学性能，推动锂离子电池进一步发展，就成为十分重要的工作。

目前商品锂离子电池的负极材料主要是石墨化碳基材料。石墨作为负极材料的理论比容量达372mAh g^-1，但是它存在充放电倍率性能差、与电解质相容性差、低温性能差等缺点，这些都直接影响到锂离子电池在动力及储能电池领域的应用。因此高性能锂离子电池负极材料的研究和开发受到各国研究者的广泛重视。

在众多可替代负极材料中，TiO₂具有无毒无害、储量丰富、价格低廉、结构稳定等优点，理论容量为335mAh g^-1，以其为负极可有效提高电池的实际容量；TiO₂的脱嵌锂电位较高（1.5~1.8 V），可避免锂枝晶的生成，提升了电池的安全性；同时，TiO₂的储锂机制为Li⁺的嵌入-脱出，不涉及合金化或氧化还原反应，在充放电过程中体积变化小（4%），具有良好的循环稳定性，可有效延长电池的使用寿命，因此是一种优良的锂离子电池负极材料。

将TiO₂合成为纳米结构材料可改善TiO₂作为锂离子电池的电化学性能。公开号为CN105826546A的中国专利文献公开了一种TiO₂-B超细纳米线及其制备方法与应用；公开号为CN106058234A的中国专利文献公开了一种分级多孔核壳结构的TiO₂微米球材料及其制备方法和应用；公开号为CN101967010B的中国专利文献公开了一种制备锂离子电池负极材料纳米TiO₂的方法；这些都是基于纳米结构来改善TiO₂的锂离子电池性能，说明材料结构设计对TiO₂在锂电池中的应用十分重要。但也要看到TiO₂纳米材料一般存在颗粒尺寸分布宽、颗粒间堆积密度低、在电极制备过程中易团聚、导电性能差等缺点，导致了差的充放电性能，因此优良的TiO₂锂离子电池负极材料仍然在不断探索找寻中。

发明内容

本发明的目的是为提高TiO₂作为锂离子电池负极材料的充放电性能，而提出一种新结构锂离子电池负极材料及其制备方法。

本发明所述的新结构锂离子电池负极材料是CoS空心壳包埋TiO₂纳米颗粒，CoS空心壳呈多面体结构，直径0.5-4 μm，壳厚10-100 nm；CoS空心壳表面镶嵌及内部包埋TiO₂纳米颗粒，TiO₂颗粒呈球形，粒径100-300 nm。

本发明所述的CoS空心壳包埋TiO₂纳米颗粒的制备方法，其步骤如下：