The invention relates to a hydrogel-derived silicon-titanium alloy interconnection network material and its preparation method and application, belonging to the technical field of lithium ion battery negative electrode material. The hydrogel-derived silicon-titanium alloy interconnection network material takes silica/titanium dioxide dual-network hydrogel as the precursor, and is formed by freeze-drying and magnesium thermal reduction. The silicon-titanium alloy nanoparticles are interconnected in three-dimensional direction, and the titanium elements are evenly distributed in the silicon-titanium alloy interconnection network. The silicon-titanium alloy interconnection network material combines the structural advantages of nanostructure units and three-dimensional assemblies in structure, has good stress release capability, is conducive to the rapid transmission of electrons and lithium ions, has long cycle life and high rate performance; in composition, titanium elements are evenly distributed in the silicon-titanium alloy interconnection network, and can give full play to the titanium medium to silicon components. The cushioning/conducting effect further improves the lithium storage performance of silicon-titanium alloy interconnection network materials.
【技术实现步骤摘要】
一种水凝胶衍生的硅钛合金互连网络材料及其制备方法和应用
本专利技术属于锂离子电池负极材料
,具体涉及一种水凝胶衍生的硅钛合金互连网络材料及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命和环境友好等优点,已占据便携式移动电子产品市场,并在电动汽车和规模化储能领域显示了诱人的应用前景。当前,锂离子电池的商业化负极材料主要是石墨类碳材料。然而,石墨材料的理论比容量仅为372mA·h·g-1,这严重制约了高能量密度锂离子动力电池的开发和实际应用。因此,寻求具有高比容量的新型负极材料体系已成为当务之急。硅具有合金型储锂机制,能表现出高的比容量和好的安全性等优点,有望作为新型负极材料用于下一代高能量密度锂离子动力电池。硅负极材料在室温下的储锂机制如下:这种合金/去合金化的过程在带来极高理论比容量(3578mA·h·g-1)的同时,也会引起巨大的体积变化进而导致硅基材料的粉化和比容量的快速衰减。当前,研究工作主要从硅基材料的结构和组成两个方面来设计进而改善其储锂性能。一方面,互连网络结构结合了纳米结构单元和三维组装体的结构优势,具有良好的应力释放能力且有利于电子和锂离子的快速传输,因而能表现出长的循环寿命和高的倍率性能;另一方面,将硅与过渡金属特别是金属钛形成合金,利用钛组分可以有效缓冲硅的体积变化并提高合金材料的电荷传输能力,从而显著改善硅材料的储锂性能。因此,硅钛合金互连网络材料在储锂应用上同时具有结构和组成优势,有望表现出理想的储锂性能从而满足高能量密度锂离子动力电池的需求。然而,硅钛合金互连网络材料的制备仍然面临很大的挑战,这限制了硅基 ...
【技术保护点】
1.一种水凝胶衍生的硅钛合金互连网络材料,其特征在于,所述水凝胶衍生的硅钛合金互连网络材料以二氧化硅/二氧化钛双网络水凝胶为前驱体,经冷冻干燥和镁热还原生成的由硅钛合金纳米颗粒在三维方向上互连而成的网络材料,钛元素均匀分布于硅钛合金互连网络上。
【技术特征摘要】
1.一种水凝胶衍生的硅钛合金互连网络材料,其特征在于,所述水凝胶衍生的硅钛合金互连网络材料以二氧化硅/二氧化钛双网络水凝胶为前驱体,经冷冻干燥和镁热还原生成的由硅钛合金纳米颗粒在三维方向上互连而成的网络材料,钛元素均匀分布于硅钛合金互连网络上。2.基于权利要求1所述水凝胶衍生的硅钛合金互连网络材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:步骤一.将正硅酸四乙酯与酸溶液搅拌均匀,然后加入钛酸四丁酯,在30-60℃温度下搅拌0.5-5h至体系呈凝胶状态,将该凝胶密封后在30-60℃温度下静置6-48h使凝胶老化,得到二氧化硅/二氧化钛双网络水凝胶,其中正硅酸四乙酯与酸溶液的摩尔比为(4:1)-(1:4),正硅酸四乙酯和钛酸四丁酯的摩尔比为(1:1)-(30:1);步骤二.将步骤一中得到的水凝胶冷冻干燥得到二氧化硅/二氧化钛双网络气凝胶;步骤三.将步骤二中得到的气凝胶与镁粉混合,然后对混合物进行热处理,热处理后的混合物经酸洗、干燥后得到硅钛合金互连网络材料,其中气凝胶与镁粉的质量比为(1:2)-(2:1)...
【专利技术属性】
技术研发人员:吴平,李峰,刘玮琦,翟传鑫,徐子福,周益明,
申请(专利权)人:南京师范大学,安普瑞斯无锡有限公司,
类型:发明
国别省市:江苏,32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。