一种二氧化钛‑氧化铜纳米复合物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于锂离子电池材料领域，公开了一种二氧化钛‑氧化铜纳米复合物及其制备方法和应用。所述制备方法为：将纳米TiO2和Cu(Ac)2·H2O加入到溶剂中超声、搅拌混合均匀，得到悬浊液；然后滴加浓氨水调节PH至碱性，升温至85‑95℃反应10‑15h，反应完成后自然冷却；所得固体产物经洗涤、干燥，然后在空气气氛及300‑450℃温度下煅烧3‑8h，得到所述二氧化钛‑氧化铜纳米复合物。本发明专利技术的制备方法简单易行，节能环保，所得TiO2‑CuO纳米复合物作为锂离子电池负极材料的电化学性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化钛-氧化铜纳米复合物及其制备方法和应用
本专利技术属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种二氧化钛-氧化铜纳米复合物及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，由于锂离子电池具有高的倍率性能，循环寿命长和安全性好等优势而广泛地应用于便携式电子设备，电动汽车和混合动力电动汽车等领域中。作为锂离子电池的重要组成部分，负极材料一般商业化采用的是碳材料。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。CuO理论储锂比容量接近670mAh/g，是商业化碳材料比容量的两倍，原料丰富，价格低廉，安全性高，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，CuO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。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种二氧化钛-氧化铜纳米复合物的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的二氧化钛-氧化铜纳米复合物。本专利技术的再一目的在于提供上述二氧化钛-氧化铜纳米复合物作为锂离子电池负极材料的应用。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种二氧化钛-氧化铜纳米复合物的制备方法，包括如下制备步骤：(1)将纳米TiO2和Cu(Ac)2·H2O加入到溶剂中超声、搅拌混合均匀，得到悬浊液；(2)往步骤(1)所得悬浊液中滴加浓氨水，调节PH至碱性，然后升温至85-95℃反应10-15h，反应完成后自然冷却；(3)步骤(2)所得固体产物经洗涤、干燥，然后在空气气氛及300-450℃温度下煅烧3-8h，得到所述二氧化钛-氧化铜纳米复合物。优选地，步骤(1)中所述的纳米TiO2是指通过水热法制备的纺锤形纳米TiO2。通过该方法制备的TiO2粒径达到纳米级，同时独特的纺锤结构使其更容易嵌入微米级CuO的微孔中。所述水热法制备纺锤形纳米TiO2可参考文献：Y.C.Qiu,K.Y.Yan,S.H.Yang,L.M.Jin,H.Deng,W.S.Li,Synthesisofsize-tunableanataseTiO2nanospindlesandtheirassemblyintoanatase@titaniumoxynitride/titaniumnitridegraphenenanocompositesforrechargeablelithiumionbatterieswithhighcyclingperformance,ACSNano4(2010)6515；具体制备步骤为：1.将TiO2(P25)溶于10mol/L的NaOH溶液中，搅拌20-40分钟，然后在150℃下加热20小时。2.所得产物用0.1mol/L的稀盐酸洗涤至pH为1～2，再用去离子水洗。3.向步骤2所得产物加入去离子水和乙二醇，体积比为5:1，搅拌20-40分钟，再加入二甲胺，搅拌20-40分钟。4.将步骤3所得产物加热至180℃，维持12小时。5.步骤4所得产物分别用乙醇和去离子水洗几次，过滤后沉淀在80℃鼓风干燥12小时，获得纺锤形TiO2。优选地，步骤(1)中所述纳米TiO2和Cu(Ac)2·H2O加入的摩尔比为1:(3-5)。优选地，步骤(1)中所述的溶剂是指去离子水。优选地，步骤(1)中所述超声时间为15-30min，搅拌时间为8-12h，环境为常温常压。优选地，步骤(2)中所述浓氨水的质量浓度为15％。优选地，步骤(2)中所述调节PH至碱性是指调节PH至10-11.5。优选地，步骤(3)中所述洗涤是指用去离子水和乙醇进行清洗；所述的干燥是指在60～90℃真空干燥10-15h。本专利技术的制备原理为：在制备花状的CuO过程中掺入适量已制备好的TiO2，高温煅烧使两者充分结合。一种二氧化钛-氧化铜纳米复合物，通过上述方法制备得到。上述二氧化钛-氧化铜纳米复合物作为锂离子电池负极材料的应用。本专利技术的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：(1)TiO2具有很高的稳定性，将其与CuO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。(2)本专利技术的制备方法原料简单易得，工艺简单易行，煅烧温度低，避开了其他合成技术中繁琐的处理步骤和对设备的高要求，具有成本低，节能环保的优点。(3)本方法所得二氧化钛-氧化铜纳米复合物具有双复合特征结构，XRD显示所制备的纳米复合物兼有TiO2、CuO相，SEM显示样品具有聚合花状结构；TEM显示样品中该复合物为镶嵌结构；电化学性能测试结果显示双复合特征结构TiO2-CuO纳米复合物作为锂离子电池负极材料性能优异。附图说明图1中的a和b分别为实施例1所得TiO2-CuO纳米复合物在不同放大倍数下的SEM图。图2中的a和b分别为实施例1所得TiO2-CuO纳米复合物在不同放大倍数下的TEM图。图3为实施例1所得TiO2-CuO纳米复合物的XRD图。图4为实施例1所得TiO2-CuO纳米复合物电极作为锂离子电池负极的循环伏安曲线图。图5为实施例1所得TiO2-CuO纳米复合物电极在100mA/g电流密度下的充放电曲线图。图6为实施例1所得TiO2-CuO纳米复合物电极与CuO电极在不同电流密度下的充放电比容量对比图。图7为实施例1所得TiO2-CuO纳米复合物电极与CuO电极在500mA/g电流密度下的充放电比容量对比图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。以下实施例所使用的纺锤形纳米TiO2可参考以下文献进行制备：Y.C.Qiu,K.Y.Yan,S.H.Yang,L.M.Jin,H.Deng,W.S.Li,Synthesisofsize-tunableanataseTiO2nanospindlesandtheirassemblyintoanatase@titaniumoxynitride/titaniumnitridegraphenenanocompositesforrechargeablelithiumionbatterieswithhighcyclingperformance,ACSNano4(2010)6515。实施例1(1)原料配制：将水热法制备的0.064g纺锤形纳米TiO2分散到0.8g/400mlCu(Ac)2·H2O水溶液中，超声30min后，再常温磁力搅拌10h配制成悬浊液。(2)水解转化和自组装：向步骤(1)所得到的悬浊液中滴加浓氨水(15wt.％)，调节溶液PH至11，在90℃保温反应12h，然后自然冷却。(3)过滤沉淀，用乙醇和去离子水洗涤数次，然后在80℃真空干燥10h，再将干燥后的产物在400℃的空气气氛中煅烧5h，得到所述二氧化钛-氧化铜(TiO2-CuO)纳米复合物。本实施例所得TiO2-CuO纳米复合物在不同放大倍数下的SEM图如图1中的a和b所示。SEM显示TiO2-CuO纳米复合物具有花状结构，TiO2镶嵌其中。所得TiO2-CuO纳米复合物在不同放大倍数下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化钛‑氧化铜纳米复合物的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：(1)将纳米TiO2和Cu(Ac)2·H2O加入到溶剂中超声、搅拌混合均匀，得到悬浊液；(2)往步骤(1)所得悬浊液中滴加浓氨水，调节PH至碱性，然后升温至85‑95℃反应10‑15h，反应完成后自然冷却；(3)步骤(2)所得固体产物经洗涤、干燥，然后在空气气氛及300‑450℃温度下煅烧3‑8h，得到所述二氧化钛‑氧化铜纳米复合物。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛-氧化铜纳米复合物的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：(1)将纳米TiO2和Cu(Ac)2·H2O加入到溶剂中超声、搅拌混合均匀，得到悬浊液；(2)往步骤(1)所得悬浊液中滴加浓氨水，调节PH至碱性，然后升温至85-95℃反应10-15h，反应完成后自然冷却；(3)步骤(2)所得固体产物经洗涤、干燥，然后在空气气氛及300-450℃温度下煅烧3-8h，得到所述二氧化钛-氧化铜纳米复合物。2.根据权利要求1所述的一种二氧化钛-氧化铜纳米复合物的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的纳米TiO2是指通过水热法制备的纺锤形纳米TiO2。3.根据权利要求1所述的一种二氧化钛-氧化铜纳米复合物的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述纳米TiO2和Cu(Ac)2·H2O加入的摩尔比为1:(3-5)。4.根据权利要求1所述的一种二氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾荣华，叶永键，李卓羲，巫艺文，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44