本發(fā)明屬于鋰離子電池負(fù)極材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種TiO2/SnO2/Carbon納米復(fù)合物及其制備方法。

背景技術(shù)：
商業(yè)化碳材料比容量低，新的高比容量鋰離子電池對負(fù)極材料比容量提出了更高的要求。金屬氧化物作為鋰離子電池負(fù)極材料中的翹楚，因其明顯的比容量優(yōu)勢，近十年來一直是廣大負(fù)極材料研究者重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。SnO2理論儲鋰比容量接近700mAh/g，幾乎是商業(yè)化碳材料比容量的兩倍，而且具有比四氧化三鈷（理論比容量-890mAh/g）更低的嵌脫鋰電位，因而吸引了廣泛的研究。但是同幾乎所有的高理論比容量負(fù)極材料一樣，SnO2也存在嵌脫鋰體積變化導(dǎo)致電極循環(huán)性能差的問題。而作為鋰離子電池負(fù)極材料，研究表明，TiO2具有很高的穩(wěn)定性，將其與SnO2結(jié)合能有效提高電極的循環(huán)穩(wěn)定性，引入C能很好的提升材料的導(dǎo)電性等性能，通過配比調(diào)節(jié)也能兼顧高比容量優(yōu)勢；材料中存在的孔隙能為體積膨脹提供較大的緩沖空間，納米化、特殊形貌能為電極性能帶來較大的提升。綜合起來，超細(xì)短棒狀復(fù)合結(jié)構(gòu)將TiO2小單元以一定方式分散到SnO2大單元中作為第二相粒子，能有效分散體積變化引起的局部應(yīng)力集中，而避免了由此導(dǎo)致的電極粉碎；引入的分散C不僅能像TiO2一樣緩解應(yīng)力集中，還能提高電極的導(dǎo)電性等性能。超細(xì)的結(jié)構(gòu)符合納米化的要求，也能分化體積膨脹，較大地緩解局部應(yīng)力集中，同時增大了表面積，提供了更多的嵌鋰活性位置，縮短了鋰離子遷移路程。短棒狀形狀能在材料中形成較多的孔隙，進(jìn)一步為體積膨脹提供緩沖空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種性能優(yōu)良的鋰離子電池負(fù)極材料：一種TiO2/SnO2/Carbon納米復(fù)合物，以及該納米復(fù)合物的制備方法。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種TiO2/SnO2/Carbon納米復(fù)合物，所述的納米復(fù)合物為超細(xì)短棒狀結(jié)構(gòu)，由銳鈦礦相二氧化鈦、二氧化錫和碳構(gòu)成。所述短棒狀納米復(fù)合物直徑為0.5-5nm，長度為5-20nm。所述制備方法包括如下制備步驟：A、原料配制：將鈦酸納米管粉末分散到SnCl4·5H2O溶液中，超聲20-30min后，再攪拌30-60min，接著滴加二甲胺水溶液，然后加入檸檬酸溶液，繼續(xù)攪拌8-10h配制成懸濁液；B、水解轉(zhuǎn)化：將步驟A所得到的懸濁液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，密封好，在180-200℃保溫10-20h，冷卻；C、沉淀收集：過濾沉淀，用去離子水和乙醇洗滌2-20次，然后在60-100℃干燥；D、煅燒：將上述產(chǎn)物在400-600℃的氮?dú)鈿夥罩徐褵?-6h，得到最終產(chǎn)物TiO2/SnO2/Carbon納米復(fù)合物。所述鈦酸納米管與SnCl4·5H2O用量為摩爾比Sn：Ti=3-7。所述二甲胺水溶液濃度為20-50wt%；所述二甲胺水溶液的加入量以懸濁液的含水量為基礎(chǔ)，按照體積比1:20-50加入。所述SnCl4·5H2O溶液中溶劑H2O的用量為：H2O：SnCl4·5H2O=5-20mL：1g。所述攪拌為磁力攪拌，所述反應(yīng)釜為水熱反應(yīng)釜，水熱反應(yīng)釜裝料比為25%-35%。所述原料為鈦酸納米管、檸檬酸，SnCl4·5H2O作前驅(qū)體，二甲胺作塑形劑，通過TiO2和SnO2的共生成和檸檬酸碳化制備TiO2/SnO2/Carbon納米復(fù)合物。所述檸檬酸溶液的溶劑為乙二醇。檸檬酸-乙二醇溶液濃度為1-3g/5ml，用量為5-10ml。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：1、原料簡單易得，工藝簡單易行，避開了其他合成技術(shù)中繁瑣的處理步驟和對設(shè)備的高要求，成本低；2、反應(yīng)操作簡單，煅燒溫度低；3、利用二甲胺對TiO2具有塑形作用，經(jīng)過研究證明，TiO2的晶面容易吸附二甲胺，使得TiO2在生長過程中傾向于暴露（101）面，擇優(yōu)沿著軸生長；4、通過本方法制備的TiO2/SnO2/Carbon納米復(fù)合物形狀為超細(xì)短棒狀，XRD、EDX綜合顯示所制備納米復(fù)合物兼有C、TiO2、SnO2相，SnO2相占主導(dǎo)；XRD顯示樣品結(jié)晶性能好；SEM顯示樣品具有均勻孔隙結(jié)構(gòu)；TEM顯示樣品為超細(xì)短棒狀結(jié)構(gòu)，HRTEM顯示產(chǎn)物為SnO2相占主導(dǎo)的復(fù)合納米晶結(jié)構(gòu)；電化學(xué)性能測試結(jié)果顯示超細(xì)短棒狀TiO2/SnO2/Carbon納米復(fù)合物作為鋰離子電池負(fù)極材料性能優(yōu)良，大大優(yōu)于單純的SnO2納米粒子。附圖說明：圖1是TiO2/SnO2/Carbon納米復(fù)合物的XRD圖樣；圖2是TiO2/SnO2/Carbon納米復(fù)合物的EDX(a),SEM(b)圖；圖3是TiO2/SnO2/Carbon納米復(fù)合物的TEM(a,b)，HRTEM(c)；圖4是TiO2/SnO2/Carbon納米復(fù)合物的CVs曲線圖（掃描速度為0.2mV/s）；圖5是TiO2/SnO2/Carbon納米復(fù)合物電極和SnO2納米粒子電極的循環(huán)性能曲線圖；圖6是TiO2/SnO2/Carbon納米復(fù)合物電極和SnO2納米粒子電極的倍率性能曲線圖；圖7是TiO2/SnO2/Carbon納米復(fù)合物電極和SnO2納米粒子電極的循環(huán)庫倫效率曲線圖。具體實(shí)施方式以下實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)的說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于這種實(shí)施例。實(shí)施例1、A、原料配制：將鈦酸納米管粉末分散到SnCl4·5H2O溶液（SnCl4·5H2O：H2O=3g：30mL，Sn：Ti摩爾比為4.6）中，細(xì)胞粉碎機(jī)中超聲30min后，再磁力攪拌30min，然后滴加1mL二甲胺水溶液，然后加入5ml檸檬酸-乙二醇溶液（2g/5ml）繼續(xù)攪拌8h配制成乳白色的懸濁液。B、水解轉(zhuǎn)化：將步驟A所得到的懸濁液轉(zhuǎn)移到100mL不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，密封好，在180℃保溫12h，自然冷卻。C、沉淀收集：過濾沉淀，用去離子水和乙醇洗滌5次，然后在80℃干燥。D、煅燒：將上述產(chǎn)物在500℃的氮?dú)鈿夥罩徐褵?h，得到最終產(chǎn)物TiO2/SnO2/Carbon納米復(fù)合物。實(shí)施例2A、原料配制：將鈦酸納米管粉末分散到SnCl4·5H2O溶液（SnCl4·5H2O：H2O=3g：15mL，Sn：Ti摩爾比為3）中，超聲20min后，再磁力攪拌30min，然后滴加1mL二甲胺水溶液，然后加入10ml檸檬酸-乙二醇溶液（1g/5ml）繼續(xù)攪拌10h配制成乳白色的懸濁液。B、水解轉(zhuǎn)化：將步驟A所得到的懸濁液轉(zhuǎn)移到100mL不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，密封好，在180℃保溫12h，自然冷卻。C、沉淀收集：過濾沉淀，用去離子水和乙醇洗滌3次，然后在80℃干燥。D、煅燒：將上述產(chǎn)物在500℃的氮?dú)鈿夥罩徐褵?h，得到最終產(chǎn)物TiO2/SnO2/Carbon納米復(fù)合物。實(shí)施例3A、原料配制：將鈦酸納米管粉末分散到SnCl4·5H2O溶液（SnCl4·5H2O：H2O=3g：60mL，Sn：Ti摩爾比為7）中，細(xì)胞粉碎機(jī)中超聲30min后，再磁力攪拌30min，然后滴加2mL二甲胺水溶液，然后加入8ml檸檬酸-乙二醇溶液（3g/5ml）繼續(xù)攪拌10h配制成乳白色的懸濁液。B、水解轉(zhuǎn)化：將步驟A所得到的懸濁液轉(zhuǎn)移到100mL不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，密封好，在180℃保溫12h，自然冷卻。C、沉淀收集：過濾沉淀，用去離子水和乙醇洗滌8次，然后在80℃干燥。D、煅燒：將上述產(chǎn)物在500℃的氮?dú)鈿夥罩徐褵?h，得到最終產(chǎn)物TiO2/SnO2/Carbon納米復(fù)合物。以上所述是僅為了本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明所列舉的具體實(shí)施例，并非用來限制本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍。故凡以本發(fā)明權(quán)利要求所述的特征、結(jié)構(gòu)及原理所做的等效變化或修飾，均應(yīng)包括在本發(fā)明權(quán)利要求范圍之內(nèi)。