[发明专利]一种原位电化学方法制备双连续相混合金属氧化物的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种原位电化学方法制备双连续相混合金属氧化物的制备方法及应用。本发明所提供的CoO/TiO₂双连续相混合金属纳米材料具有提高电池循环效应的能力，是一个优异的锂离子电池负极材料。针对该混合纳米材料的制备方法简单新颖，可批量生产，原料易得，表现出很好的应用前景。更重要的是，该方法避免了传统混合物制备过程中原料混合均匀性的问题，而是直接通过原位电化学过程形成的一个的双连续相混合金属纳米材料。该CoO/TiO₂双连续相混合金属纳米材料用作锂离子电池负极材料时展示出了优秀的倍率性能和高倍率下的循环性能。

技术领域

本发明属于纳米材料与锂电池技术领域，涉及一种双连续相混合金属氧化物的原位电化学的制备方法及其在锂离子电池负极材料中的应用。

背景技术

锂离子电池由于具有高能量密度、安全稳定，绿色高效，无记忆效应等优点而成为新一代的高能绿色储能材料。目前，锂离子电池已经广泛应用于各类便携式电子设备、电动交通工具、机器人、储能设备等领域。对锂离子电池负极材料而言，与当前商业化采用的负极材料石墨(理论容量372mA h g^-1)相比，变价金属氧化物材料具有更高的理论比容量，丰度高、等优点。为了满足当前对高能量密和稳定的长循环寿命电极材料的急切需求，研究具有高理论比容量的负极材料迫在眉睫。但是金属氧化物类材料普遍的缺点是由于变价金属氧化物材料在充放电过程中剧烈的体积膨胀和收缩，导致金属氧化物材料较快的容量衰退。目前关于电池负极的金属氧化物的研究较多集中在将变价金属氧化物和稳定脱嵌型的金属氧化物混合均匀来解决容量衰减以及循环稳定性问题，但是其得到的混合金属氧化物都是一个简单的物理混合，而且得到的结果均一性不可控。

在这里，我们通过静电纺丝控制纳米结构，设计并合成了形貌上具有介孔、优异和高电化学活性的三维CoTiO₃纳米纤维材料，再通过原位电化学过程得到这样一个CoO/TiO₂双连续相混合金属纳米材料(双连续相金属是指两种不同金属材料的两相完全连续，其中CoO属于变价金属氧化物材料，TiO₂属于脱嵌型金属氧化物材料)。该材料具有优异的长循环稳定性、倍率性能。

发明内容

本发明的目的是提出了一种原位电化学方法得到这样一个CoO/TiO₂双连续相混合金属纳米材料及其应用。

本发明提供的CoO/TiO₂双连续相混合金属纳米材料，由CoTiO₃(CoTiO₃颗粒的尺寸在10nm左右)通过原位电化学方法得到。

本发明方法是通过下述技术方案实现的：

一种CoO/TiO₂双连续相混合金属纳米材料的制备方法，其基本实施过程如下：

(1)将钛酸四丁酯加入到醋酸中搅拌形成均匀透明溶液。

(2)在步骤(1)得到的溶液中加入乙醇，再搅拌下加入Co盐和高聚物并继续搅拌至深红色透明溶液。

(3)将(2)得到的溶液静置一段时间后进行静电纺丝。

(4)将步骤(3)得到的前驱体，在空气气氛进行热处理，得到的即为CoTiO₃纳米纤维材料。

(5)将制备的CoTiO₃纳米纤维材料、乙炔黑、羧甲基纤维素钠以6:3:1的比例，以NMP为溶剂制成浆料，均匀涂覆在铜箔上。作为负极材料在手套箱中装配成扣式电池后，在LAND上进行恒流充放电。电压区间为0.01-3V。第一圈的充放电结束后得到的就是CoO/TiO₂双连续相混合金属纳米材料。

其中，步骤(1)中所述搅拌时间具体可为0.1-1h。