MOF衍生制备碳包覆CoTiO3纳米微晶材料

 MOF衍生制备碳包覆CoTiO3纳米微晶材料

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背景技术：

锂离子二次电池具有比能量高、工作电压高、循环寿命长、安全无污染等优点，已成为发展Z快和重视的高能蓄电池。商业化石墨碳负极材料具有良好的循环性能，但比容量(300mAhg-1-350mAhg-1)较低，不能满足高比能量电池的发展要求，迫切需要进行新型高容量负极材料的研究和探索。

近年来，金属氧化物作为锂离子电池负极材料的报道越来越多，尤其是过渡金属氧化物如(Fe,Co,Ni)。过渡金属氧化物以其独特的转化机制应用于锂离子电池负极，拥有很高的比容量如钴基金属氧化物比容量大约在700mAhg-1-1000mAhg-1，很有希望应用于锂离子电池负极材料，然而由于在锂的脱出和嵌入过程中材料体积变化太大，导致材料可逆容量衰减太快，极大地限制了材料的应用。对于这种情况的改进方法有：(1)制备不同微米级或纳米级的不同形貌的材料来缓解材料自身的体积变化。(2)引入其他金属制备双金属氧化物，增加材料的机械稳定性，(3)包覆碳材料来缓解锂离子脱出嵌入过程中材料的体积变化。

CoTiO3是一种双金属氧化物，具有钛铁矿和钙钛矿两种构型，理论容量约500mAhg-1.且材料的机械稳定性比单金属氧化物如Co3O4要大。CoTiO3不仅拥有较高的容量，而且其循环稳定性也较单金属氧化物(Co3O4)高。因此，具有很好的应用前景。Ting Yu等(Nanoscale,2013,5(17):8105-8113.)，利用溶剂热和高温合金化制备出在台前上生长的以二氧化钛空心阵列管为壳CoTiO3纳米微晶为核的核壳电极材料。但是这种材料导电性能一般，而且其制备成本高，不适用于工业应用。Lixin Chen等(Journal of Alloys&Compounds,2017,700:54-60.)利用球磨的方法，制备了石墨烯负载的钛酸钴颗粒。该方法需要高质量的石墨烯来做负载体成本较高，且无法保证钛酸钴纳米颗粒均匀负载在石墨烯上。因此，开发一种低成本，重复性高，锂离子电化学性能优良，而且碳材料均匀包覆的钛酸钴纳米微晶的方法具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种合成成本低、反应条件温和、重复性高、电化学性能优良的以MOF衍生制备碳包覆CoTiO3纳米微晶材料的合成方法。本发明主要利用溶剂热法在较低的温度下制备出钴基MOF，然后在经过一次溶剂热法引入钛氧化物，利用高温固相反应，制备出碳包覆CoTiO3纳米微晶。

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