[发明专利]一种二氧化钛@氟氧化钛复合电极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种二氧化钛@氟氧化钛复合电极材料及其制备方法与应用，它由TiO₂和TiOF₂两相组成；其中，所述TiO₂质量百分比为55.6～76％；所述TiOF₂质量百分比为24～44.4％，通过将氢氟酸与钛源进行水热反应，产物经离心分离、洗涤及真空干燥制得。该TiO₂@TiOF₂电极材料具有极好的动力学性能和高的可逆容量，能够在室温下保持良好的循环性能，在500mA/g大电流密度下，首圈容量达到惊人的267mAh/g，后续循环容量保持率也维持在较高的水平，且氟化物的纳米结构使其在作为正极时表现出优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于电极材料领域，特别是一种二氧化钛@氟氧化钛复合电极材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着经济社会的发展，全球能源需求量在逐年显著增加，同时化石燃料的消耗和环境问题的加剧迫使人们开发如风能，太阳能等新能源。但是由风力发电与太阳能发电获取的电能由于不规律难以并入电网，所以亟待开发低成本可用于规模化储能的二次电池系统以解决这些问题。在常见的二次电池系统中，尽管锂离子电池作为便携式设备以及电动车主要动力来源的规模越来越大，然而目前锂离子电池受锂资源限制，且使用锂金属负极过充会产生锂枝晶，有一定的安全隐患，目前也许不适合用于规模化储能。所以，需要开发其他具有更高能量密度，更低成本的可充电电池系统。

镁金属不仅有较低的还原点位(-2.37V)，且有较高的理论体积容量(3833mAh cm^-3)高于锂金属(2262mAh cm^-3),且由于镁金属片在电池循环中不会产生镁枝晶所以可以直接作为电池负极，因此可充电镁电池系统目前被认为是一种十分具有前景的能源储存与转化系统。在地壳含量上，相对于锂(0.0022wt％)而言,镁的含量(1.36wt％)十分丰富。成本上，镁的成本(4600USD/t)要远低于锂的成本(165000USD/t).因此，开发镁二次电池对于规模化储能或大中型动力学电池系统方面具有潜在的优势。

然而，尽管与Li⁺相比，Mg²⁺具有更小的离子半径，但是由于Mg²⁺的二价高电荷密度特性，较高的极性使得Mg²⁺与电解液中的大离子团簇结合后难以脱离，因此在电极材料中的扩散动力学劣于Li⁺，这使得对于大多正极材料会有明显的电压滞后和较低的镁化程度。所以，开发具有良好的动力学的，更为适配镁电池电解液的正极材料是镁电池发展的一个主要挑战。镁锂杂化电解液也是基于这个问题而提出的。这种电解液利用了Li⁺在大多数正极材料中的快速扩散动力学，且由于Li⁺的还原电位低于Mg²⁺不会在负极上沉积避免了枝晶的产生，这种混合了镁电池和锂电池优点的杂化电池体系是镁电池里一个充满前景的分支。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种具有容量高，循环性能佳的二氧化钛@氟氧化钛(TiO₂@TiOF₂)复合电极材料，及其用作镁锂杂化电池正极材料的用途。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种二氧化钛@氟氧化钛(TiO₂@TiOF₂)复合电极材料，它由TiO₂和TiOF₂两相组成；其中，所述TiO₂质量百分比为55.6～76％；所述TiOF₂质量百分比为24～44.4％。

优选地，所述TiO₂质量百分比为68.7％，所述TiOF₂质量百分比为31.3％。