[發明專利]應用于鋰離子電池負極的Si/TiO2/Ti2O3復合碳納米纖維及其制備方法

在審

• 申請號: 201910645399.1
• 申請日: 2019-07-17
• 公開（公告）號: CN110518198A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 胡毅;程鐘靈;邢宇聲
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 33304 杭州永航聯科專利代理有限公司
• 代理人: 侯蘭玉<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及一種儲能體系器件材料，特別涉及一種應用于鋰離子電池負極的Si/TiO₂/Ti₂O₃復合碳納米纖維及其制備方法，屬于儲能體系器件材料制備技術領域。本發明將硅和二氧化鈦納米顆粒球磨混合制備Si/TiO₂混合納米顆粒，二氧化鈦產生的無序框架具有空隙，可緩解硅的體積膨脹?；旌戏勰┡cPAN混合，溶于DMF中，劇烈攪拌充分后得到均一穩定的紡絲液。再通過靜電紡絲，高溫碳化得到Si/TiO₂/Ti₂O₃復合碳納米纖維（STTC）。所得到的STTC復合材料具有高的鋰離子和電子擴散速率，應用于鋰離子電池負極，能有效提高電池的電化學性能。

技術領域

本發明涉及一種儲能體系器件材料，特別涉及一種應用于鋰離子電池負極的Si/TiO₂/Ti₂O₃復合碳納米纖維及其制備方法，屬于儲能體系器件材料制備技術領域。

背景技術

經濟的飛速發展和人們生活水平的提高，使得對于能源的需求量也大幅度提高。傳統化石能源為不可再生能源，其儲量只會越來越少，且使用必然會導致環境污染問題的日益嚴峻。為了減少對于化石能源的依賴，并緩解環境污染問題，開發和利用可再生能源勢在必行?，F如今已經開發利用了許多綠色環保的可再生能源，例如：風能、地熱能、潮汐能等，但是這些屬于間歇式能源，無法持續且穩定的供應電力，因此如何將產生的電能盡可能地儲存起來這一問題推動了儲能系統的發展。可充電電池是目前最佳的電能儲存系統之一。鋰離子電池具有高的能量密度，已較廣泛應用于便攜式電子設備、新能源汽車及一些電網儲能系統，但是目前的鋰離子電池負極材料是石墨，其理論容量只有372 mA/g，較低的容量使其無法滿足現如今對高能量和功率密度儲能器件的需求。因此，需要開發出具有更高能量和功率密度、長循環壽命、高安全性的鋰離子電池負極來替代現用的石墨負極。

硅是地殼中儲藏最豐富的元素之一，且其應用于鋰離子電池具有4200 mA/g超高的理論比容量，而且硅價格低廉、無毒，對環境友好，并具有吸引人的工作點位≈0.3V vsLi/Li⁺，這些優點使其成為下一代鋰離子電池最具希望的候選材料之一。盡管如此，硅基材料的商業化應用仍具有很大的挑戰，主要有以下兩個原因：（1）硅屬于半導體材料，其導電性特別差，這會導致應用于鋰離子電池的倍率性能和大電流循環性能較差；（2）由于硅與鋰金屬的合金反應機理，硅在循環過程中會發生嚴重的容量衰減，通常在嵌鋰/脫鋰過程中，硅的體積變化約為400%，這會使電池在循環中活性物質粉碎、集電體分層、破碎顆粒之間電隔離，并與有機電解質的重復化學副反應，形成不穩定的較厚的固體電解質間相(SEI)層，最終電池性能迅速衰減。

兩種有效的方法可提高硅基材料的電化學性能。(1) 設計各種硅納米結構，例如薄膜，納米線，納米片，納米管，納米棒，空心納米顆粒和多孔結構，這類結構可以促進鋰離子的擴散，減小體積變化效應；（2）制備納米復合材料，通過引入高導電性材料來提高電導率，或者引入其他物質復合來減輕體積膨脹，例如碳、石墨烯、TiO₂、SnO₂等。

發明內容

本發明提供一種應用于鋰離子電池負極的Si/TiO₂/Ti₂O₃復合碳納米纖維。

本發明還提供一種應用于鋰離子電池負極的Si/TiO₂/Ti₂O₃復合碳納米纖維的制備方法。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：

一種應用于鋰離子電池負極的Si/TiO₂/Ti₂O₃復合碳納米纖維的制備方法，該方法包括以下步驟：