[發明專利]一種Si@TiO2

在審

• 申請號: 202010379903.0
• 申請日: 2020-05-08
• 公開（公告）號: CN111477858A
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 王紅強;丁亞俊;呂丁嬌;韓金路;邱志安;黃有國;吳強;潘齊常
• 申請（專利權）人: 廣西師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/48;H01M10/0525
• 代理公司: 南寧新途專利代理事務所(普通合伙) 45119
• 代理人: 但玉梅

本發明屬于鋰電池電極材料技術領域，公開了一種Si@TiO₂空心核殼復合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)取一定量硅納米顆粒，溶于葡萄糖溶液中，超聲混合；(2)將所述混合液A轉移至水熱反應釜中，在水熱反應得Si/C復合材料前驅體；(3)將Si/C復合材料前驅體溶于一定量的鈦源溶液中，老化8?12h，真空干燥，得Si/C/TiO₂前驅體；(4)將Si/C/TiO₂前驅體在空氣中煅燒即得Si@TiO₂空心復合材料。該方法工藝簡單，條件控制方便，得到一種Si@TiO₂空心核殼結構，大小均勻、分散性好，且用作負極材料可以提升鋰離子電池的倍率性能和循環穩定性。

技術領域

本發明涉及電池負極符合材料技術領域，特別涉及一種Si@TiO₂空心核殼復合材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有工作電壓高、比能量大、放電平穩、體積小、質量輕等優點，在便攜式電子設備、電動汽車、空間技術等領域展示了廣闊的應用前景，目前商業化所用的石墨類負極材料，實際比容量已經接近372mAh/g的理論值，很難滿足綠色能源技術和低碳經濟發展對下一代鋰離子電池提出的更高要求，因此開發高比容量負極材料已成為鋰離子電池研究的一個重要方向。硅能夠與鋰形成多種形態合金，理論儲鋰容量高達4200mAh/g，嵌鋰電位較低，且在地殼中有很高的豐度，因而是一種理想的負極材料。然而在充放電過程中，硅的脫嵌鋰反應伴隨巨大的體積變化(～300％)，造成硅粒破裂和粉化，導致硅粒子間以及硅粒子與集流體之間發生分離，進而失去電接觸，致使容量衰減，循環性能急劇下降。因此，改善硅基負極材料循環性能是研究熱點。

將硅顆粒納米化后進行碳包覆，是解決硅體積膨脹提高硅基負極材料循環性能的有效途徑。但當充放電到一定程度后，硅鋰化的體積形變產生的應力易導致碳外殼破裂，因而硅碳復合負極材料循環穩定性仍然不能達到產業化應用的要求。二氧化鈦作為鋰離子電池負極材料在脫嵌鋰過程中結構體積變化小(～4％)，循環性能穩定，可以作為硅納米顆粒的包覆材料。

公開號為CN106784714A的中國發明專利公開了一種鋰離子電池硅基復合負極材料及其制備方法，該材料是以納米硅為內核，以p-TiO2@C為外殼，具有蛋黃—蛋殼結構的復合材料，不僅具有較高的比容量，而且具有優異的首周庫倫效率和循環穩定性能，但其工藝復雜，反應條件控制苛刻，產品均一性并不高，且生產成本較高。公開號為CN106848276A的中國發明專利公開了一種核殼結構二氧化鈦包覆硅鋰離子電池負極材料及其制備方法，將硅粉與氟鈦酸銨在水熱條件下反應后，所得產物進一步熱處理，即獲得以二氧化鈦為外殼、以硅納米顆粒為內核、且在外殼和內核之間具有空腔的核殼結構二氧化鈦包覆硅鋰離子電池負極材料。該發明的制備方法簡單有效，所制備的硅基負極材料的外殼是在脫嵌鋰過程中結構穩定的二氧化鈦、內核是可提供高比容量的硅單質、核殼之間還有可以緩沖硅脫嵌鋰過程中體積效應的空腔，因而具有良好的儲鋰性能。但從該發明所提供的TEM照片可以其硅/二氧化鈦復合材料分散性角差，存在形貌不規則、二次團聚等問題。

發明內容

鑒于以上內容，本發明的目的在于提供一種Si@TiO₂空心核殼復合材料的制備方法，該方法工藝簡單，條件控制方便，得到一種Si@TiO₂空心核殼結構，大小均勻、分散性好，且用作負極材料可以提升鋰離子電池的倍率性能和循環穩定性。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種Si@TiO₂空心核殼復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)取一定量硅納米顆粒，溶于葡萄糖溶液中，超聲20min-60min，得混合液A；

(2)將所述混合液A轉移至水熱反應釜中，在水熱溫度150℃-200℃的條件下，反應5-10h，得Si/C復合材料前驅體；