[發明專利]一種鋰離子電池用Si摻雜銳鈦礦型TiO2負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201711014973.0
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN107834042A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 溫鵬超
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/38;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙)34115
• 代理人: 金凱

技術領域

本發明屬于鋰離子電池負極材料技術領域，具體是一種鋰離子電池用Si摻雜銳鈦礦型TiO₂負極材料及其制備方法。

背景技術

二氧化鈦(TiO₂)材料，由于其自身穩定、低毒、廉價等優點，在光催化、微電子器件、化學傳感器以及染料敏化太陽能電池等領域都有很多的應用。TiO₂材料具有開放的晶體結構以及鈦離子靈活的電子結構，與碳負極材料相比，TiO₂材料電極在大電流充放電時，具有體積變化小、鋰離子嵌脫過程中結構穩定、可逆性高、不易形成SEI膜、安全性能良好等優點，使得其在鋰離子電池負極材料倍受關注。二氧化鈦是一種具有多種晶型的氧化物，其常見的晶型有四種，分別為銳鈦礦相TiO₂(Anatase TiO₂，四方晶系)、金紅石相TiO₂(Rutile TiO₂，四方晶系)、板鈦礦相TiO₂(Brookite TiO₂，正交晶系)以及TiO₂(B)相(單斜晶系)。眾多晶型中，以銳鈦礦型TiO₂的鋰離子嵌脫活性最高。但是，銳鈦礦型TiO₂為熱力學不穩定相，容易轉變為穩定性更強的金紅石相TiO₂。本發明的目的是提供一種具有優異穩定性的Si摻雜銳鈦礦型TiO₂材料的制備方法，獲得性能更加優異的鋰離子電池負極材料。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺陷，提供一種鋰離子電池用Si摻雜銳鈦礦型TiO₂負極材料及其制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種鋰離子電池用Si摻雜銳鈦礦型TiO₂負極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將去離子水溶于乙醇中，加入鈦酸正丁酯和正硅酸四乙酯并攪拌，得到鈦酸/硅酸的溶膠；

(2)將步驟(1)鈦酸/硅酸的溶膠靜置陳化，使原料進行緩慢共水解，溶膠膠束逐漸自組裝為白色的球形膠束；

(3)對水解產物離心、過濾、洗滌，得到產物進行烘干處理，得到無定型相單分散的硅摻雜球形二氧化鈦；

(4)將步驟(3)得到的硅摻雜球形二氧化鈦置于馬弗爐中，空氣中進行熱處理，得到Si摻雜銳鈦礦型TiO₂負極材料。

進一步方案，所述步驟(1)中去離子水與乙醇的體積比為1:3000～1:7000；

鈦酸正丁酯的濃度為30～60mmol/L；

正硅酸四乙酯的濃度為1.5～3.5mmol/L；

攪拌速度700～1100rpm，攪拌時間為1～3h。

進一步方案，所述步驟(2)中靜置陳化時間為12～24h。

進一步方案，所述步驟(3)中洗滌分為水和乙醇溶液各洗滌三次；

所述烘干處理的烘干溫度為60～90℃，烘干時間12～24h。

進一步方案，所述步驟(4)中高溫熱處理溫度為600～800℃，處理時間為8～12h。

本發明的另一個目的在于提供一種上述方法制備得到的鋰離子電池用Si摻雜銳鈦礦型TiO₂負極材料。

本發明的有益效果：

1、本發明制備的Si摻雜的TiO₂材料，可以得到單分散性良好的球形顆粒，含有大量的介孔結構，有利于鋰離子的嵌入脫出；并且具有良好的熱力學穩定性，在800℃也可以保持銳鈦礦型；

2、本發明制備的Si摻雜銳鈦礦型TiO₂材料，具有優異的穩定性，通過將本材料應用于鋰離子電池負極，可以使得電池負極具有較小的體積變化、穩定的結構，從而具有良好的安全性能；其具有的高溫穩定性，也可以防止在電池的使用過程中負極材料發生相變所導致的電池性能下降。

附圖說明

圖1為本發明實施例1中，純的TiO₂(TiO₂)與Si摻雜TiO₂(Si-TiO₂-1)的SEM對比圖。

圖2為本發明實施例1中，Si-TiO₂-1的TEM圖。

圖3為本發明實施例1中，TiO₂與Si-TiO₂-1的XRD對比圖。