[发明专利]一种富氧缺陷型TiO2

说明书

本案涉及一种富氧缺陷型TiO₂碳复合材料、其制备方法及应用，首先将碳材料、钛酸四丁酯和乙醇超声混合，之后旋蒸，在氮气保护下通过分段升温经200‑400℃到400‑800℃煅烧，即得富氧缺陷型TiO₂碳复合材料。本发明以多孔碳材料为模板，金属氧化物为前驱体，随后利用旋蒸溶剂挥发的方法，得到金属氧化物碳复合材料；在N₂保护下，分段煅烧从室温到200℃‑400℃，再到400‑800℃形成富氧缺陷型TiO₂@NMC复合材料。采用以上方法制备了粒径可控、高比表面及表面富氧，其具有良好的电化学储能性能，是一种优异的锂离子电池负极材料。

技术领域

本发明涉及电池负极材料技术领域，具体而言，涉及一种富氧缺陷型TiO₂碳复合材料、其制备方法及应用。

背景技术

在经济迅猛发展，科技不断更新换代的当今时代，全球环境污染和不可再生能源的大量消耗已经成为大众所关注的社会问题。改变这一现状的则是电能、太阳能等清洁能源的发现和大规模的应用。而在近代中国，电能的主要来源则是火力发电，水力发电，风力发电等；其中，大功率下电池储能主要用于应急电源、电瓶车、电厂富余能量的储存；小功率常采用可反复充电的干电池：如镍氢电池，锂离子电池等。

锂离子电池作为电池储能中的一种环保无污染的方式，因其具有比容量高、无记忆效应、电压平台高、循环性能好等优点，所以在未来电动汽车动力电池中具有极其好的发展前景。但是，当今电极材料的实际研发和元件大规模生产的技术方法限制着锂离子电池的大规模应用；并且石墨虽然目前作为最常见的商用负极材料之一，但在循环性能、比容量、安全性能等还有所欠缺。金属氧化物材料(SnO₂；Fe₂O₃；TiO₂)因为其较低的体积膨胀，环境友好且价格低廉等优点而受到广泛研究，被应用于锂离子电池电极材料方向。但是，金属氧化物本身是半导体，存在导电性差和离子扩散系数低等问题，限制了商业化大规模应用。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明目的在于基于二氧化钛材料设计和合成一种高容量密度锂离子电池负极材料，起具有容量密度大、循环稳定和倍率性能优异等性能。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种富氧缺陷型TiO₂碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将碳材料、钛酸四丁酯和乙醇超声混合，得混合液；

2)将混合液旋蒸后，得碳复合材料前驱体；

3)将碳复合材料前驱体置于坩埚中，在氮气保护下经200-400℃到400-800℃分段升温煅烧，得富氧缺陷型TiO₂碳复合材料。

优选地，所述碳材料与钛酸四丁酯的投料比为1mg:2～8μL。金属氧化物前驱体(钛酸四丁酯)的量加少了不能形成富氧缺陷型材料，加多了会影响电化学性能。

优选地，所述步骤1)和步骤2)的反应温度精确控制在20～50℃之间。混合的环境条件温度不应过高，因金属氧化物前驱体其特殊的理化性质，较短的空气接触时间可有助于合成均一颗粒大小、含量一致的TiO₂碳复合材料。超声是为了使碳材料和前驱体中的金属离子能在乙醇中均匀分散使得后续发生反应形成特定的形貌。旋蒸过程，在溶剂挥发的同时，可避免因高温使金属离子包裹在碳材料外层。

本发明进一步提供一种如上所述的制备方法制得的富氧缺陷型TiO₂碳复合材料。

本发明进一步提供如上所述的富氧缺陷型TiO₂碳复合材料作为锂离子电池负极材料中的应用。