一种高性能三维分级杂化结构锂离子电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能三维分级杂化结构锂离子电池负极材料及其制备方法，利用其独特的三维分级杂化结构和突出的协同效应，发挥出优异的电化学综合性能。所述三维分级杂化结构由MWCNTs、TiO2纳米片和高比容量纳米粒子等三种纳米建筑单元，构筑成为三维微米管状结构，通过先在MWCNTs表面原位水热生长TiO2纳米片阵列，后在TiO2纳米片表面液相自组装高比容量纳米粒子制备了多级杂化结构。本发明专利技术的三维分级杂化结构锂离子电池负极材料充分结合了各组分的突出性能，同时解决了二维TiO2纳米片易堆叠、比容量低和导电性差的缺陷，实现了比容量、循环性能和倍率性能的综合提升，可用做下一代高性能锂离子电池负极材料。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能三维分级杂化结构锂离子电池负极材料及其制备方法
本专利技术属于能源材料
，涉及一种高性能MWCNTs―TiO2―高比容量纳米粒子三维分级杂化结构锂离子电池负极材料及其制备方法。
技术介绍
随着全球能源紧缺问题日益严重，人们对锂离子电池能量和功率密度的要求越来越高。当前商业化的锂离子电池负极材料主要为石墨负极，但它的工作电压低、存在一定的安全隐患，这些问题不可避免的限制了锂离子电池在电动汽车等大功率设备的进一步发展。近年来，TiO2作为石墨负极的可替代材料之一，引起了研究人员的广泛关注。TiO2作为锂离子电池负极，具有一系列突出的优点，如成本低廉，来源丰富，对环境友好等，特别是反复脱/嵌锂过程结构变化小，并且脱/嵌锂电位高、安全性能突出。将TiO2制备成纳米结构的材料有利于缩短Li+扩散路径，其中二维TiO2纳米片因其较大的比表面积，可以提供更多的反应活性位点，此外二维纳米片具有良好的柔韧性和弹性可以缓解充放电过程中结构变化引起的应力。但是，二维TiO2纳米片由于高的表面自由能和大的层间vanderWalls引力，在实际应用中趋于重新堆叠和聚集，并且存在电导率低和理论比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维杂化锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：将MWCNTs超声分散到异丙醇中，向异丙醇中加入二乙烯三胺和四异丙醇钛混合均匀，在180～220℃下水热12～24小时，清洗干燥后热处理2～6小时获得MWCNTs―TiO2，所述MWCNTs―TiO2中的MWCNTs表面垂直生长TiO2纳米片阵列；将所述MWCNTs―TiO2超声分散至四氢呋喃溶剂中获得MWCNTs―TiO2溶液；所述MWCNTs经酸处理；将具有单分散性的Si、Mn3O4或者MoS2纳米粒子中任意一种、两种或者三种超声分散至四氢呋喃溶剂中获得纳米粒子溶液；将所述MWCNTs―TiO2溶液和所述纳米粒子溶液混...

【技术特征摘要】
1.一种三维杂化锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：将MWCNTs超声分散到异丙醇中，向异丙醇中加入二乙烯三胺和四异丙醇钛混合均匀，在180～220℃下水热12～24小时，清洗干燥后热处理2～6小时获得MWCNTs―TiO2，所述MWCNTs―TiO2中的MWCNTs表面垂直生长TiO2纳米片阵列；将所述MWCNTs―TiO2超声分散至四氢呋喃溶剂中获得MWCNTs―TiO2溶液；所述MWCNTs经酸处理；将具有单分散性的Si、Mn3O4或者MoS2纳米粒子中任意一种、两种或者三种超声分散至四氢呋喃溶剂中获得纳米粒子溶液；将所述MWCNTs―TiO2溶液和所述纳米粒子溶液混合，在100～300W功率下连续超声处理10～20小时，所述纳米粒子均匀分布在所述TiO2纳米片表面，所述MWCNTs―TiO2和所述纳米粒子自组装后经过滤和干燥获得复合物。2.如权利要求1所述的一种三维杂化锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述纳米粒子和所述MWCNTs―TiO2的质量比为2:8、3:7、4:6或者5:5中的任意一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙克宁，朱晓东，闫杜娟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23