一种氧化钛@C中空复合骨架及其制备方法和应用与流程

技术特征：
1.一种氧化钛@c中空复合骨架，包括具有独立密闭腔室的氧化钛中空骨架、复合在氧化钛表面的碳层和含氮官能团；所述的氧化钛和碳层为密闭腔室的中空骨架结构，碳层在外，氧化钛中空球在内，二者紧密复合；所述的含氮官能团原位均匀掺杂于碳层。2.如权利要求1所述的氧化钛@c中空复合骨架，其特征在于，所述碳层中的碳为石墨化碳和无定形碳中的至少一种，所述碳层厚度为3~100 nm；所述的氧化钛为tio、tio2及ti2o3中的至少一种，所述的氧化钛壳层厚度为5~200nm。3.如权利要求1所述的氧化钛@c中空复合骨架，其特征在于，所述的均匀分布于碳层的含氮官能团，其氮含量为0.5~10.5 at.%。4.如权利要求1所述的氧化钛@c中空复合骨架，其特征在于，所述氧化钛@c中空复合骨架的平均直径为20~2000 nm。5.一种制备如权利要求1-4任一项所述的氧化钛@c中空复合骨架的方法，其特征在于，通过模板法制备中空氧化钛前驱体，然后进行含氮聚合单体的原位聚合获得碳包覆的中空复合骨架前驱体，最后一定温度下焙烧得到氧化钛@c中空复合骨架。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，包括如下具体步骤：步骤（1），模板法制备中空氧化钛前驱体：将聚苯乙烯纳米球模板、表面活性剂和氨水加入乙醇中常温搅拌10min，再加入钛源，进行搅拌，过滤清洗获得ps@tio2；步骤（2）：原位聚合获得碳包覆的中空复合骨架前驱体：将ps@tio2加入含氮聚合单体溶液中，再加入缓冲剂，调整ph为8.5，搅拌一定时间，过滤洗涤，获得中空复合骨架前驱体；步骤（3），焙烧：将所述的中空复合骨架前驱体置于氢氩混合气流的管式炉中焙烧，获得内含中空氧化钛球的中空复合碳骨架；所述焙烧温度为500~1200 ℃；所述焙烧时间为120~500 min。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，表面活性剂、氨水、钛源、聚苯乙烯纳米球模板的重量比为0.1~1:7~70:2~20:1~10；步骤（2）中，所述的缓冲剂:含氮聚合单体的质量比2:1~3:1，所述的缓冲剂的浓度为0.005~1mol/l。8.一种如权利要求1-4任一项所述的氧化钛@c中空复合骨架在锂电池金属阳极上的应用。9.一种三维锂金属阳极，其特征在于，由包括权利要求1-4任一项所述的氧化钛@c中空复合骨架制备而成。10.如权利要求9所述的三维锂金属阳极在金属锂电池上的应用。

技术总结
本发明属于锂金属电池负极材料领域，具体公开了一种氧化钛@C中空复合骨架及其制备方法和应用。氧化钛@C中空复合骨架包括具有独立密闭腔室的氧化钛中空球、复合在氧化钛表面的碳层和含氮官能团。通过利用模板法制备中空氧化钛前驱体，随后进行原位聚合获得碳包覆的中空复合骨架前驱体，最后一定温度下焙烧得到氧化钛@C中空复合骨架。得益于该复合中空集流体密闭的腔体结构、良好的导电性和优异的亲锂性，有效地降低了锂沉积的形核过电位和局部电流密度，极大地避免了界面副反应和体积效应，有效地抑制锂枝晶生长，为均匀的锂沉积/溶解创造了有利条件，明显改善了锂金属电池的库伦效率和循环稳定性。效率和循环稳定性。效率和循环稳定性。


技术研发人员：洪波 赖延清 姜怀 易茂义 张治安 张凯 方静
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2020.08.26
技术公布日：2021/10/7