一种Cu掺杂三维有序非晶二氧化钛纳米管复合材料的应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种Cu掺杂三维有序非晶1102纳米管复合材料的应用，属于新能源材料的开发与研究领域。
【背景技术】
[0002]尽管石墨是目前商品锂离子电池中最常用的负极材料，但当电池过充电时，枝晶锂容易在碳电极表面析出而造成短路安全隐患，同时，有机电解液容易在碳电极表面形成钝化膜(SEI膜)，并导致电池产生不可逆容量损失。因此，一些替代负极材料如S1、Sn、Mo03、打02等引起了人们极大的研究兴趣，其中，T1 2具有电荷转移速度快，安全性好，体积膨胀率小等诸多优点，尤其是以阳极氧化法制备的1102纳米管，与水热法和模板法制备的T1 2纳米管相比，纳米管的排列更加规整有序，壁厚均匀，结构稳定，作为微型锂离子电池的负极材料时可操作性较强，是一种颇有应用前景的微型负极材料。原位电沉积法制备的Cu掺杂的三维有序非晶打02纳米管阵列复合材料，已经被应用于光催化、染料敏化太阳能电池等研究领域，但在锂离子电池中的应用研究鲜有报道。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供Cu掺杂三维有序非晶1102纳米管复合材料的应用，具体的，将Cu掺杂三维有序非晶T12纳米管阵列复合材料用作锂离子电池的工作电极，其中电极、参比电极、隔膜、电解液均为本领域制备锂离子电池过程中的常规选择。
[0004]优选的，本发明所述Cu掺杂三维有序非晶T12纳米管复合材料在制备锂离子电池时，可以无需添加额外的导电剂和粘结剂。
[0005]优选的，本发明所述Cu掺杂三维有序非晶1102纳米管复合材料的制备方法，具体包括以下步骤:以阳极氧化法制备的三维有序非晶T12纳米管阵列为工作电极，以铂片为对电极，以饱和甘汞电极为参比电极，以含有支持电解质的铜盐溶液为电解液，在非晶T12纳米管阵列上原位电沉积Cu，即可制得Cu掺杂的三维有序非晶T12纳米管阵列复合负极材料，冲洗干净并真空干燥后备用。
[0006]优选的，铜盐为硝酸铜、硫酸铜或氯化铜，在电解液中铜盐的浓度为0.01?0.lmol/L0
[0007]优选的，支持电解质为硫酸盐或稀硫酸，在电解液中硫酸盐或稀硫酸的浓度为0.01 ?0.03 mol/Lo
[0008]优选的，所述电沉积的沉积时间为20?100 S0
[0009]优选的，所述电沉积的沉积电位为-1.0?-2.0 V。
[0010]优选的，所述的真空干燥温度为20?40°C。
[0011]利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所得样品进行微观结构表征，如图1、图2、图3所示，这些结果清楚地表明了所得到的样品确实为Cu掺杂的三维有序T12纳米管阵列复合负极材料。
[0012]本发明的优点与效果:
本发明中Cu掺杂的三维有序非晶T12纳米管阵列复合负极材料的非晶T12纳米管排列规整有序，比表面积大，且与金属钛集流体结合牢固，与锐钛矿型晶体T12纳米管阵列相比，由阳极氧化法直接得到的非晶1102纳米管阵列负极材料不仅可以更容易地实现原位改性，无需煅烧过程，简化了改性工艺，而且自身的结构缺陷为锂离子脱/嵌提供了更多的空位和空间，因而放电比容量更高。无需添加额外的导电剂和粘结剂，直接用作锂离子电池负极材料时，Cu掺杂改善了三维有序非晶1102纳米管阵列负极材料的电导率，减少了电池的内阻及电荷转移电阻，有利于锂离子的可逆脱/嵌过程，并提高了其充/放电性能及循环稳定性能。沉积时间为100 S时的复合负极材料在循环50次后，与空白三维有序非晶1102纳米管阵列负极材料相比，放电比容量提高了 80%。
【附图说明】
[0013]图1阳极氧化法制备的Cu掺杂三维有序非晶1102纳米管阵列负极材料的SEM图。
[0014]图2实施例2制备的Cu掺杂的三维有序非晶T12纳米管阵列复合负极材料的SEM 图。
[0015]图3实施例2、4制备的Cu掺杂的三维有序非晶T12纳米管阵列复合负极材料的及空白三维有序1102纳米管阵列负极材料的XRD图。
[0016]图4实施例2制备的Cu掺杂的三维有序非晶1102纳米管阵列复合负极材料的首次充/放电曲线。
[0017]图5实施例4制备的Cu掺杂的三维有序非晶1102纳米管阵列复合负极材料的首次充/放电曲线。
[0018]图6实施例2、4制备的Cu掺杂的三维有序非晶T12纳米管阵列复合负极材料的及空白三维有序非晶1102纳米管阵列负极材料的50次循环稳定性图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
[0020]实施例1
将Cu掺杂三维有序非晶T12纳米管阵列复合材料用作锂离子电池的工作电极:不添加额外的导电剂和粘结剂，直接以Cu掺杂的三维有序非晶Ti02纳米管阵列复合负极材料为工作电极，以锂箔为对电极和参比电极，以Celgard2500膜为隔膜，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)的混合液为电解液，其中EC、DEC和DMC的体积比为1: 1: 1，在充满高纯氩气的手套箱中组装扣式模拟锂离子电池，并以恒流(50 mA/g)充/放电的方法测试其充/放电性能及循环稳定性能。
[0021]本实施例所用Cu掺杂三维有序非晶T12纳米管阵列复合材料由以下方法制备得到:以阳极氧化法制备的三维有序非晶T12纳米管阵列为工作电极，以铂片为对电极，以饱和甘汞电极为参比电极，以0.05 mol/L CuSOjP 0.02 mol/L H#04的混合溶液为电解液，在三维有序非晶T12纳米管阵列上原位电沉积Cu，恒压(-1.0 V)沉积20 S，冲洗干净并真空20°C干燥后，得到Cu掺杂的三维有序非晶T12纳米管阵列复合负极材料。
[0022]实施例2
将Cu掺杂三维有序非晶T12纳米管阵列复合材料用作锂离子电池的工作电极:不添加额外的导电剂和粘结剂，直接以Cu掺杂的三维有序非晶T12纳米管阵列复合负极材料为工作电极，以锂箔为对电极和参比电极，以Celgard2400膜为隔膜，以含I mol/L LiPFj9碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合液为电解液，其中，EC和DEC的体积比为1:1，在充满高纯氩气的手套箱中组装扣式模拟锂离子电池，并以恒流(50 mA/g)充/放电的方法测试其充/放电性能及循环稳定性能，见图4和图6，首次放电比容量为291 mAh/g，50次充/放电循环稳定性好。
[0023]本实施例所用Cu掺杂三维有序非晶T12纳