一种TiO2-SnO2复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种TiO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种TiO2‑
SnO2复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂电池电极材料
，特别涉及一种TiO2‑
SnO2复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前，商用的锂离子电池负极材料主要为以石墨为代表的碳材料，这类负极材料的理论比容量为372mAh g
‑1，难以满足人们的需求。为了进一步提高能量密度、容量密度和使用寿命，人们致力于开发新型锂离子电池负极材料。
[0003]其中，SnO2材料以突出的低嵌锂电压、高嵌锂容量受到人们的青睐，其理论质量比容量为1494mAh g
‑1，是石墨类负极材料的4倍，被视为一种极具潜力的新一代锂离子电池负极材料，制备高容量、高稳定性的SnO2材料已经成为当前锂离子电池领域重要研究方向之一。但是，在研究过程中却发现SnO2材料在充放电过程中发生巨大的体积变化(体积膨胀高达400％)，产生较大的内应力会使电极粉化甚至脱落，并且由于不可逆反应致使较大的容量损失，使电极性能急剧下降，这一问题影响了SnO2负极材料的发展。
[0004]活性材料的结构对其电化学性能有着重要的影响，近年来很多研究者通过设计不同结构来提高SnO2作为负极材料的锂电电化学性能。
[0005]中国专利技术专利CN 111640925 A“一种SnO2/石墨烯复合材料及其制备方法和应用”公开了采用液相脉冲激光辐照技术及水热反应制备SnO2/石墨烯复合材料。该负极材料将SnO2纳米颗粒均匀紧密的限域在石墨烯骨架中，极大的提高了SnO2的循环性能和容量保持率。但是在合成过程中，无法有效抑制石墨烯片层堆叠，一定程度上限制了其性能的发挥。
[0006]中国专利技术专利CN 105552320 A“一种泡沫镍基Sn/SnO/SnO2 层状三维多孔负极材料及其制备方法”公开了通过对泡沫镍进行电镀 Sn，随后进行阳极氧化得到泡沫镍基Sn/SnO/SnO2层状三维多孔负极材料。该负极材料具有优异的电化学性能，但是效果都不是特别理想，所制备的Sn/SnO/SnO2材料不能紧密的锚定在泡沫镍上，导致其容量衰减过多，循环寿命不长。
[0007]因此，设计合理的结构对SnO2进行优化，提高其导电性，同时避免其在充放电过程中的体积变化和粉化，使SnO2材料的电化学性能得到提升，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0008]针对上述技术问题，本专利技术提供了一种TiO2‑
SnO2复合材料及其制备方法和应用，通过对TiO2‑
SnO2复合材料的结构进行合理的设计，避免了SnO2在充放电过程中的体积变化和粉化，使TiO2‑
SnO2复合材料的电化学性能得到提升。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0010]本专利技术的技术方案之一：提供一种TiO2‑
SnO2复合材料，所述 TiO2‑
SnO2复合材料为层状结构，由内到外依次包括TiO2纳米管阵列、第一高导电层、SnO2层和第二高导电层。
[0011]优选的，所述TiO2纳米管阵列管间距为10～200nm，管径140～ 350nm，管壁10～
60nm，管长为1～5μm。
[0012]优选的，所述第一高导电层的材料包括Au、Ag和Cu中的一种或多种；第二高导电层的材料包括Au、Ag和Cu中的一种或多种。
[0013]优选的，所述第一高导电层的厚度为0～50nm，第二高导电层的厚度为5～30nm。
[0014]优选的，所述SnO2层的厚度为10～100nm。
[0015]本专利技术的技术方案之二：提供上述TiO2‑
SnO2复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0016]制备TiO2纳米管阵列，然后在TiO2纳米管外壁依次包覆第一高导电层、SnO2层和第二高导电层。
[0017]优选的，所述TiO2纳米管阵列通过阳极氧化法制备，具体步骤包括：将清洗后的钛片置于电解液中，以清洗后的钛片作为阳极，铂片作为阴极，加直流电压20～80V，先氧化14～18h，再氧化14～18h，制得TiO2纳米管阵列；
[0018]所述电解液为0.5～12wt％HF，2wt％H2O与86～97.5wt％二甘醇混合得到。
[0019]优选的，第一高导电层、SnO2层和第二高导电层的在TiO2纳米管外壁的包覆方式为磁控溅射。
[0020]更优选的，所述磁控溅射的参数如下：
[0021]样品和靶材间的距离为20～40mm；
[0022]磁控溅射压强为6
±
0.2Pa；
[0023]磁控溅射惰性气体流量为25～50sccm；
[0024]磁控溅射功率为90～120W。
[0025]本专利技术的技术方案之三：提供一种上述TiO2‑
SnO2复合材料在锂离子电池负极材料中的应用。
[0026]本专利技术的有益技术效果如下：
[0027]本专利技术提出了一种TiO2‑
SnO2复合材料，该复合材料结合SnO2高容量、TiO2高安全和零应变以及高导电材料高导电性的特点，通过它们的协同效应，可以改善SnO2作为锂离子电池负极活性材料时体积膨胀大和导电性差的问题。对锂离子电池负极材料的制备以及推动 SnO2负极的商业化发展具有重要意义。此外，该TiO2‑
SnO2复合材料制备的电极与现有的技术相比，优势在于：
[0028]SnO2填充在纳米管之间的间隙而非管径内部，这就使得电解质能够渗透到纳米管内部而纳米管的管壁可以有效的减少SnO2与电解质的接触，减缓由于SnO2多次膨胀后SEI膜多次在新鲜表面产生而导致的容量下降的问题；
[0029]TiO2纳米管广阔的间隙空间可以供电极材料嵌锂膨胀时作缓冲， TiO2具有较高的嵌锂电位(1.5
‑
1.8V)，能够有效的避免锂枝晶的生成，大大提高了负极材料的安全性；
[0030]本专利技术选用高导电材料作为填充物，不仅能够增加电极的导电性，还能一定程度缓冲SnO2充放电过程中的体积膨胀。
附图说明
[0031]图1为实施例1制备TiO2/Au/SnO2/Au复合材料的流程图；
[0032]图2为实施例1制备的TiO2/Au/SnO2/Au复合材料的SEM图；
[0033]图3为对比例1制备的TiO2纳米管阵列材料的SEM图；
[0034]图4为对比例2制备的TiO2/SnO2复合材料的SEM图；
[0035]图5为实施例1、对比例1
‑
2所制备的材料的XRD图；
[0036]图6为实施例1制备的TiO2/Au/SnO2/Au复合材料的CV性能曲线图；
[0037]图7为对比例2制备的TiO2/SnO2复合材料的CV性能曲线图；
[0038]图8为实施例1、对比例1
‑
2所制备的材料的循环性能曲线图；
[0039]图9为实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TiO2‑
SnO2复合材料，其特征在于，所述TiO2‑
SnO2复合材料为层状结构，由内到外依次包括TiO2纳米管阵列、第一高导电材料层、SnO2层和第二高导电层。2.根据权利要求1所述的TiO2‑
SnO2复合材料，其特征在于，所述TiO2纳米管阵列管间距为10～200nm，管径140～350nm，管壁10～60nm，管长为1～5μm。3.根据权利要求1所述的TiO2‑
SnO2复合材料，其特征在于，所述第一高导电层的材料包括Au、Ag和Cu中的一种或多种；第二高导电层的材料包括Au、Ag和Cu中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的TiO2‑
SnO2复合材料，其特征在于，所述第一高导电层的厚度为0～50nm；所述第二高导电层的厚度为5～30nm。5.根据权利要求1所述的TiO2‑
SnO2复合材料，其特征在于，所述SnO2层的厚度为10～100nm。6.一种权利要求1～5任一项所述的TiO2‑
SnO2复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备TiO2纳米管阵列，然后在TiO2纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫欢，侯利锋，杜华云，卫英慧，贾建文，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：