一种碳纳米纤维/钛酸锂复合电极材料及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113659127A(43)申请公布日2021.11.16(21)申请号202110952579.1B82Y40/00(2011.01)(22)申请日2021.08.19B82Y30/00(2011.01)(71)申请人电子科技大学长三角研究院（湖州）地址313001浙江省湖州市西塞山路819号南太湖科技创新综合体B1幢8层(72)发明人夏新辉张永起(74)专利代理机构北京正华智诚专利代理事务所(普通合伙)11870代理人李林合(51)Int.Cl.H01M4/485(2010.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)C01B32/15(2017.01)C01G23/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种碳纳米纤维/钛酸锂复合电极材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种碳纳米纤维/钛酸锂复合电极材料及其制备方法和应用，具体为(1)以铜片为正电极、铂片为负电极，浸置于硫酸铜水溶液，用电沉积法制得铜纳米颗粒；(2)以铜纳米颗粒为催化剂，乙炔为碳源，用等离子体化学气相沉积法制备碳螺旋纳米纤维；(3)以碳螺旋纳米纤维为载体，以四氯化钛和去离子水为反应源，利用原子层沉积手段在纳米纤维表面沉积一层均匀的二氧化钛；(4)将所述产物放置于氢氧化锂溶液中经水热反应，再在氩气气氛中进行热处理。本发明制备的碳螺旋纳米纤维/钛酸锂复合材料是在碳螺旋纳米纤维表面复合了钛酸锂纳米片，形成核壳交联多孔结构，具有高能量和高功率密度及长循环寿命，且制备方法简单方便、易于控制。CN113659127ACN113659127A权利要求书1/1页1.一种碳纳米纤维/钛酸锂复合电极材料，其特征在于：包括碳纳米纤维载体以及负载于所述碳纳米纤维载体表面的钛酸锂纳米片；所述碳纳米纤维载体为碳螺旋纳米纤维，所述钛酸锂纳米片在载体上负载的厚度为100～300nm。2.根据权利要求1所述的碳纳米纤维/钛酸锂复合电极材料，其特征在于：所述碳螺旋纳米纤维的直径为50～200nm。3.根据权利要求1所述的碳纳米纤维/钛酸锂复合电极材料，其特征在于：所述钛酸锂纳米片在载体上负载的厚度为200nm。4.如权利要求1～3任一项所述的碳纳米纤维/钛酸锂复合电极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)制备铜纳米颗粒；(2)以步骤(1)所得铜纳米颗粒为催化剂，乙炔为碳源，于真空以及强度为200～600瓦的等离子体环境中反应0.5～3h，接着通入保护气体恢复到常压，并在保护气体下进行热处理，得碳螺旋纳米纤维；(3)以步骤(2)所得碳螺旋纳米纤维为载体，以四氯化钛溶液为反应源，在碳螺旋纳米纤维表面沉积一层二氧化钛；接着将所得产物放置于氢氧化锂溶液经水热反应，再在氩气气氛中进行热处理，即得。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铜纳米颗粒经过以下步骤制得：以铜片为工作电极，铂片为对电极；将电极浸置于浓度为0.1～0.5mol/L、pH值为1～5的硫酸铜水溶液中，控制阴极工作电流密度为0.5～2A/g，电解反应30～90秒，得铜纳米颗粒。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中乙炔流量为20～50sccm，真空度为10～30Pa，反应温度为200～500℃。7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述保护气体为氩气；热处理温度600～1200℃，时间为1～5小时。8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中四氯化钛在碳螺旋纳米纤维上的沉积过程为：将碳螺旋纳米纤维放置于原子层沉积仪中，以0.02～0.2mol/L的四氯化钛溶液反应源，于80～180℃下沉积50～150周。9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中氢氧化锂溶液浓度为0.1～1.0mol/L；水热反应温度为100～200℃，时间为3～12小时；热处理温度为600～900℃、时间为3～6小时。10.如权利要求1～3任一项所述的碳纳米纤维/钛酸锂复合电极材料在制备快充锂离子电池中的应用。2CN113659127A说明书1/5页一种碳纳米纤维/钛酸锂复合电极材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明属于电池技术领域，具体涉及一种碳纳米纤维/钛酸锂复合电极材料及其制备方法和应用。背景技术[0002]清洁绿色能源材料和电化学储能技术是国家“十四五”规划重点支持产业，其中新型高功率快充型锂离子电池是重点发展领域。目前商业石墨负极储锂材料的快充性能不理想，离子迁移率偏低，且在高功率工作条件因易产生锂枝晶及体积膨胀，导致电极性能衰减，严重阻碍了其在高功率快充型锂离子电池中的工业化应用。[0003]