碳纳米纤维负载二氧化钛薄膜负极材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种碳纳米纤维负载二氧化钛薄膜负极材料及其制备方法，其解决了锂离子电池循环过程中纳米级二氧化钛易团聚失活、导电率低等技术问题，其含有碳纳米纤维和二氧化钛，二氧化钛的质量占薄膜负极材料总质量的10-30％。使用本发明公开的方法制备的碳纳米纤维负载一维纳米结构二氧化钛薄膜负极材料具有较高的比容量、快速充放电能力以及良好的循环稳定性，能够发挥碳纳米纤维和二氧化钛二者各自的优势。

主权项

一种制备碳纳米纤维负载二氧化钛薄膜负极材料的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将二氧化钛前驱体溶液、水解抑制剂、致孔剂、碳纳米纤维的前驱体聚合物以及有机溶剂配成均一的纺丝液；(2)用静电纺丝法制得二氧化钛的前驱体/聚合物纳米纤维膜；(3)将制得的前驱体/聚合物纳米纤维膜经过预氧化后，在保护气体气氛中加以焙烧，得到内部含有锐钛矿二氧化钛的碳纳米纤维复合薄膜材料；(4)将制得的碳纳米纤维复合薄膜材料浸入水热溶液或水热溶液与共溶剂的混合溶液中，转移到水热反应釜中，经过水热反应，得到薄膜产物；(5)将制得的薄膜产物用去离子水洗涤后，置于酸性溶液中进行离子交换反应，得到中间产物氢钛酸/碳纳米纤维薄膜；(6)将所得氢钛酸/碳纳米纤维薄膜在碳化炉中煅烧，得到负载二氧化钛的碳纳米纤维；所述碳纳米纤维负载二氧化钛薄膜负极材料，其含有碳纳米纤维和二氧化钛，二氧化钛的质量占薄膜负极材料总质量的10‑30%；所述钛前驱体包括钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、四氯化钛、硫酸钛、硫酸氧钛的一种或多种组合；所述水解抑制剂包括无水乙酸、丙烯酸、领苯二酚、乙酰乙酸烯丙酯、乙酰丙酮和盐酸、硫酸、磷酸的一种或多种组合；所述聚合物为聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或两种组合；所述致孔剂为聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、甲基纤维素、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺的一种或多种组合；所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、三氯甲烷中的一种或多种组合；所述水热反应溶液为NaOH水溶液、KOH水溶液、Na₂CO₃水溶液、NaHCO₃水溶液、K₂CO₃水溶液或KHCO₃水溶液的一种或多种组合，浓度为8‑12mol/L；所述共溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正己醇、丙三醇、乙二胺、二乙醇胺、三乙醇胺、一氯甲烷或四氯化碳的一种或多种组合；所述的酸性溶液为HCl溶液、HNO₃溶液、醋酸溶液、草酸溶液的一种或多种组合，浓度为0.1‑1mol/L。