一種Cu摻雜三維有序非晶二氧化鈦納米管復(fù)合材料的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種Cu摻雜三維有序非晶1102納米管復(fù)合材料的應(yīng)用，屬于新能源材料的開發(fā)與研究領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]盡管石墨是目前商品鋰離子電池中最常用的負(fù)極材料，但當(dāng)電池過充電時(shí)，枝晶鋰容易在碳電極表面析出而造成短路安全隱患，同時(shí)，有機(jī)電解液容易在碳電極表面形成鈍化膜(SEI膜)，并導(dǎo)致電池產(chǎn)生不可逆容量損失。因此，一些替代負(fù)極材料如S1、Sn、Mo03、打02等引起了人們極大的研究興趣，其中，T1 2具有電荷轉(zhuǎn)移速度快，安全性好，體積膨脹率小等諸多優(yōu)點(diǎn)，尤其是以陽(yáng)極氧化法制備的1102納米管，與水熱法和模板法制備的T1 2納米管相比，納米管的排列更加規(guī)整有序，壁厚均勻，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，作為微型鋰離子電池的負(fù)極材料時(shí)可操作性較強(qiáng)，是一種頗有應(yīng)用前景的微型負(fù)極材料。原位電沉積法制備的Cu摻雜的三維有序非晶打02納米管陣列復(fù)合材料，已經(jīng)被應(yīng)用于光催化、染料敏化太陽(yáng)能電池等研究領(lǐng)域，但在鋰離子電池中的應(yīng)用研究鮮有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供Cu摻雜三維有序非晶1102納米管復(fù)合材料的應(yīng)用，具體的，將Cu摻雜三維有序非晶T12納米管陣列復(fù)合材料用作鋰離子電池的工作電極，其中電極、參比電極、隔膜、電解液均為本領(lǐng)域制備鋰離子電池過程中的常規(guī)選擇。
[0004]優(yōu)選的，本發(fā)明所述Cu摻雜三維有序非晶T12納米管復(fù)合材料在制備鋰離子電池時(shí)，可以無(wú)需添加額外的導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑。
[0005]優(yōu)選的，本發(fā)明所述Cu摻雜三維有序非晶1102納米管復(fù)合材料的制備方法，具體包括以下步驟:以陽(yáng)極氧化法制備的三維有序非晶T12納米管陣列為工作電極，以鉑片為對(duì)電極，以飽和甘汞電極為參比電極，以含有支持電解質(zhì)的銅鹽溶液為電解液，在非晶T12納米管陣列上原位電沉積Cu，即可制得Cu摻雜的三維有序非晶T12納米管陣列復(fù)合負(fù)極材料，沖洗干凈并真空干燥后備用。
[0006]優(yōu)選的，銅鹽為硝酸銅、硫酸銅或氯化銅，在電解液中銅鹽的濃度為0.01?0.lmol/L0
[0007]優(yōu)選的，支持電解質(zhì)為硫酸鹽或稀硫酸，在電解液中硫酸鹽或稀硫酸的濃度為0.01 ?0.03 mol/Lo
[0008]優(yōu)選的，所述電沉積的沉積時(shí)間為20?100 S0
[0009]優(yōu)選的，所述電沉積的沉積電位為-1.0?-2.0 V。
[0010]優(yōu)選的，所述的真空干燥溫度為20?40°C。
[0011]利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)所得樣品進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)表征，如圖1、圖2、圖3所示，這些結(jié)果清楚地表明了所得到的樣品確實(shí)為Cu摻雜的三維有序T12納米管陣列復(fù)合負(fù)極材料。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果:
本發(fā)明中Cu摻雜的三維有序非晶T12納米管陣列復(fù)合負(fù)極材料的非晶T12納米管排列規(guī)整有序，比表面積大，且與金屬鈦集流體結(jié)合牢固，與銳鈦礦型晶體T12納米管陣列相比，由陽(yáng)極氧化法直接得到的非晶1102納米管陣列負(fù)極材料不僅可以更容易地實(shí)現(xiàn)原位改性，無(wú)需煅燒過程，簡(jiǎn)化了改性工藝，而且自身的結(jié)構(gòu)缺陷為鋰離子脫/嵌提供了更多的空位和空間，因而放電比容量更高。無(wú)需添加額外的導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，直接用作鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，Cu摻雜改善了三維有序非晶1102納米管陣列負(fù)極材料的電導(dǎo)率，減少了電池的內(nèi)阻及電荷轉(zhuǎn)移電阻，有利于鋰離子的可逆脫/嵌過程，并提高了其充/放電性能及循環(huán)穩(wěn)定性能。沉積時(shí)間為100 S時(shí)的復(fù)合負(fù)極材料在循環(huán)50次后，與空白三維有序非晶1102納米管陣列負(fù)極材料相比，放電比容量提高了 80%。
【附圖說明】
[0013]圖1陽(yáng)極氧化法制備的Cu摻雜三維有序非晶1102納米管陣列負(fù)極材料的SEM圖。
[0014]圖2實(shí)施例2制備的Cu摻雜的三維有序非晶T12納米管陣列復(fù)合負(fù)極材料的SEM 圖。
[0015]圖3實(shí)施例2、4制備的Cu摻雜的三維有序非晶T12納米管陣列復(fù)合負(fù)極材料的及空白三維有序1102納米管陣列負(fù)極材料的XRD圖。
[0016]圖4實(shí)施例2制備的Cu摻雜的三維有序非晶1102納米管陣列復(fù)合負(fù)極材料的首次充/放電曲線。
[0017]圖5實(shí)施例4制備的Cu摻雜的三維有序非晶1102納米管陣列復(fù)合負(fù)極材料的首次充/放電曲線。
[0018]圖6實(shí)施例2、4制備的Cu摻雜的三維有序非晶T12納米管陣列復(fù)合負(fù)極材料的及空白三維有序非晶1102納米管陣列負(fù)極材料的50次循環(huán)穩(wěn)定性圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。
[0020]實(shí)施例1
將Cu摻雜三維有序非晶T12納米管陣列復(fù)合材料用作鋰離子電池的工作電極:不添加額外的導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，直接以Cu摻雜的三維有序非晶Ti02納米管陣列復(fù)合負(fù)極材料為工作電極，以鋰箔為對(duì)電極和參比電極，以Celgard2500膜為隔膜，以含I mol/L LiPF6的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)的混合液為電解液，其中EC、DEC和DMC的體積比為1: 1: 1，在充滿高純氬氣的手套箱中組裝扣式模擬鋰離子電池，并以恒流(50 mA/g)充/放電的方法測(cè)試其充/放電性能及循環(huán)穩(wěn)定性能。
[0021]本實(shí)施例所用Cu摻雜三維有序非晶T12納米管陣列復(fù)合材料由以下方法制備得到:以陽(yáng)極氧化法制備的三維有序非晶T12納米管陣列為工作電極，以鉑片為對(duì)電極，以飽和甘汞電極為參比電極，以0.05 mol/L CuSOjP 0.02 mol/L H#04的混合溶液為電解液，在三維有序非晶T12納米管陣列上原位電沉積Cu，恒壓(-1.0 V)沉積20 S，沖洗干凈并真空20°C干燥后，得到Cu摻雜的三維有序非晶T12納米管陣列復(fù)合負(fù)極材料。
[0022]實(shí)施例2
將Cu摻雜三維有序非晶T12納米管陣列復(fù)合材料用作鋰離子電池的工作電極:不添加額外的導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，直接以Cu摻雜的三維有序非晶T12納米管陣列復(fù)合負(fù)極材料為工作電極，以鋰箔為對(duì)電極和參比電極，以Celgard2400膜為隔膜，以含I mol/L LiPFj9碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合液為電解液，其中，EC和DEC的體積比為1:1，在充滿高純氬氣的手套箱中組裝扣式模擬鋰離子電池，并以恒流(50 mA/g)充/放電的方法測(cè)試其充/放電性能及循環(huán)穩(wěn)定性能，見圖4和圖6，首次放電比容量為291 mAh/g，50次充/放電循環(huán)穩(wěn)定性好。
[0023]本實(shí)施例所用Cu摻雜三維有序非晶T12納