[发明专利]一种双复合特征结构TiO2-Co3O4纳米复合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，尤其涉及一种双复合特征结构TiO₂-Co₃O₄纳米复合物的制备方法。

背景技术

商业化碳材料比容量低，新的高比容量锂离子电池对负极材料比容量提出了更高的要求。金属氧化物作为锂离子电池负极材料中的翘楚，因其明显的比容量优势，近十年来一直是广大负极材料研究者重点关注的内容。

Co₃O₄理论储锂比容量接近890mAh/g，是商业化碳材料比容量的两倍多，比SnO₂（理论比容量~700 mAh/g）高，而且具有比SnO₂更好的稳定性，因而吸引了广泛的研究。但是同几乎所有的高理论比容量负极材料一样，Co₃O₄也在一定程度上存在嵌脱锂体积变化导致电极循环性能差的问题。而作为锂离子电池负极材料，研究表明，TiO₂具有很高的稳定性，将其与Co₃O₄结合能有效提高电极的循环稳定性，材料的取向化有利于电极性能的发挥，通过配比调节也能兼顾高比容量优势；材料中存在的孔隙能为体积膨胀提供较大的缓冲空间，纳米化、特殊形貌能为电极性能带来较大的提升。

英文文献《Co₃O₄-coated TiO₂nanotube composites synthesized through photo-deposition strategy with enhanced performance for lithium-ion batteries》公开了以纳米级TiO₂纳米管为基体制备TiO₂-Co₃O₄纳米复合物，为单一的纳米管外包覆结构，Co₃O₄外层越厚，则内层TiO₂对外层稳定性的帮助越小，为了充分保证稳定性，Co₃O₄外层较薄，Co₃O₄含量低，从而使得材料整体容量不高，为了保证较高的容量，则又必须得牺牲较高的稳定性，而且各纳米管单元之间的接触面积较小，文献中所给出的材料容量和稳定性一般。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供提供了一种制备工艺简单、节能环保、易于大规模生产的一种双复合特征结构TiO₂-Co₃O₄纳米复合物的制备方法，作为锂离子电池负极材料性能优异。

本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：

一种双复合特征结构TiO₂-Co₃O₄纳米复合物的制备方法，以TiO₂纳米纺锤和Co(NO₃)₂·6H₂O为原料，通过水热生长和煅烧制备成双复合特征结构TiO₂-Co₃O₄纳米复合物。

所制备的双复合特征结构TiO₂-Co₃O₄纳米复合物，双复合特征结构相辅相成，大结构和小结构互为补充，①一方面弥散的TiO₂纳米纺锤作为稳定基体，且能有效分化应力集中，另一方面小的内嵌复合纺锤可以为大的片叠块结构营造大量孔隙，外附着复合纺锤则可以为块与块之间提供缓冲，TiO₂取向化对电极的导电性等储锂性能也有促进作用；②多孔片叠块结构的层与层由于层间作用力在受力时互相牵制，使得结构更加稳定，孔隙也能为体积变化提供缓冲空间。总体来说，双复合特征结构增大了表面积，能提供更多的嵌锂活性位置，缩短锂离子迁移路程，也能在材料中形成较多的孔隙，进一步为体积膨胀提供缓冲空间，从而使得电极在充放电过程中更加稳定，循环性能更佳，可逆容量更高，倍率性能也更加优异。

具体地，包括如下制备步骤：

S1. 原料配制：将水热法制备的TiO₂纳米纺锤分散到加入了沉淀剂的Co(NO₃)₂·6H₂O溶液中，超声后在60~80 ℃温度条件下恒温磁力搅拌配制成悬浊液；