一种核壳材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种核壳材料及其制备方法，其中，核壳材料，包括：核，所述核含有硅氧化物和钛氧化物；第一层壳，所述第一层壳包覆所述核，所述第一层壳含有碳单质；和第二层壳，所述第二层壳包覆所述第一层壳，所述二层壳含有硅氧化物和钛氧化物。该核壳材料具有高的活性成分含量。

A core-shell material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种核壳材料及其制备方法
本专利技术涉及能源材料领域，具体涉及一种核壳材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、电压高、循环寿命长、大倍率放电、自放电低、环保等优势，在3C领域、电动汽车和储能领域均获得了广泛的应用。高能量密度是锂离子电池的主要发展方向。高能量密度锂离子电池负极一般采用硅碳复合材料。
技术实现思路
本公开通过将溶解有硅元素的溶液、溶解有钛元素的溶液和溶解有碳前驱体的溶液的多次交替混合，构建含硅氧化物、和碳单质的多层交替的复合结构，多层次隔离硅的体积膨胀和收缩，从而减少硅基材料的粉化问题，并提供较高的克比容量。本专利技术解决的一个技术问题是提供一种新型硅碳核壳材料。在一些方面，提供一种核壳材料，包括：核，核含有硅氧化物和钛氧化物；第一层壳，第一层壳包覆核；和第二层壳，第二层壳包覆第一层壳。在一些实施方案中，第一层壳含有以下一种或多种材料：碳单质、硅氧化物或钛氧化物。在一些实施方案中，第二层壳含有以下一种或多种材料：碳单质、硅氧化物或钛氧化物。在一些实施方案中，所述第一层壳含有碳单质。在一些实施方案中，所述第二层壳含有硅氧化物和钛氧化物。在一些实施方案中，第二层壳之外还包覆有第3～n层壳，n为大于或等于3的正整数。在一些实施方案中，所述第3～n层壳中每一层壳各自独立地含有以下一种或多种材料：碳单质、硅氧化物或钛氧化物。在一些实施方案中，所述第3～n层壳中，相邻两层壳的成分相同或不同，n≥4。在一些实施方案中，核壳材料，还包括以下的项1)，1)～2)，1)～3)，1)～4)，1)～5)，1)～6)，1)～7)或1)～8)：其中第三层壳，所述第三层壳包覆所述第二层壳，所述第三层壳含有碳单质；第四层壳，所述第四层壳包覆所述第三层壳，所述第四层壳含有硅氧化物和钛氧化物；第五层壳，所述第五层壳包覆所述第四层壳，所述五层壳含有碳单质；第六层壳，所述第六层壳包覆所述第五层壳，所述第六层壳含有硅氧化物和钛氧化物；第七层壳，所述第七层壳包覆所述第六层壳，所述七层壳含有碳单质；第八层壳，所述第八层壳包覆所述第七层壳，所述第八层壳含有硅氧化物和钛氧化物；第九层壳，所述第九层壳包覆所述第八层壳，所述九层壳含有碳单质；第十层壳，所述第十层壳包覆所述第九层壳，所述第十层壳含有硅氧化物和钛氧化物。在一些实施方案中，硅氧化物为SiOx，0.1<x<1.8。例如0.7≤x≤0.8。在一些实施方案中，钛氧化物为TiO2。在一些实施方案中，各层壳的厚度为5-200nm。在一些实施方案中，核的尺寸(例如外切圆直径)为20-300nm。在一些实施方案中，核壳材料中硅元素的含量为10wt％以上，例如15wt％以上。在一些方面，提供上述核壳材料用作锂离子电池负极活性材料的用途。在一些方面，提供一种电池，含有上述核壳材料。在一些方面，提供一种电池组，包括多个电池，电池是上述任一项的电池。在一些方面，提供一种电动交通工具，包括上述电池或上述电池组。在一些方面，提供一种电器，包括上述电池或上述电池组。在一些方面，提供一种制备核壳材料的方法，包括以下步骤：(i)混合含有硅元素和含钛元素的溶液，进行沉淀处理，然后烘干，得到含有硅氧化物和钛氧化物的混合物；(ii)对含有硅氧化物和钛氧化物的混合物进行包覆；(iii)对步骤ii)的产物进行包覆。在一些实施方案中，步骤i)中，所述沉淀处理是指使硅元素和钛元素在沉淀剂的作用下沉淀。在一些实施方案中，步骤ii)中，所述包覆是指将含有硅氧化物和钛氧化物的混合物与溶解有碳前驱体的溶液混合，对混合物进行烘干处理。在一些实施方案中，步骤iii)中，所述包覆是指将步骤ii)的产物与溶解有硅元素的溶液和溶解有钛元素的溶液混合，使硅元素和钛元素沉淀，收集沉淀物。在一些实施方案中，溶解有硅元素的溶液中硅元素的含量为1～20wt％。在一些实施方案中，溶解有钛元素的溶液中钛元素的含量为1～20wt％。在一些方面，提供一种制备核壳材料的方法，包括以下步骤：a)获得溶解有硅元素的溶液，溶解有钛元素的溶液和溶解有碳前驱体溶液；b)混合溶解有硅元素的溶液和溶解有钛元素的溶液，使硅元素和钛元素沉淀，收集沉淀物进行烘干处理，获得核产物；c1)将核产物与溶解有碳前驱体的溶液混合，对混合物进行烘干处理，获得一层包覆产物；c2)将一层包覆产物与溶解有硅元素的溶液和溶解有钛元素的溶液混合，使硅元素和钛元素沉淀，收集沉淀物进行烘干处理，获得二层包覆产物；d)在还原性气氛中，对上一步产物进行热处理。在一些实施方案中，步骤b)中，硅元素和钛元素在沉淀剂的作用下沉淀。在一些实施方案中，步骤c2)中，硅元素和钛元素在沉淀剂的作用下沉淀。在一些实施方案中，步骤d)中，热处理温度为200-600℃。在一些实施方案中，步骤d)中，热处理时间为1-8h。在一些实施方案中，步骤b)中，硅元素和钛元素在沉淀剂的作用下沉淀；在一些实施方案中，步骤c2)中，硅元素和钛元素在沉淀剂的作用下沉淀。在一些实施方案中，步骤d)中，热处理温度为200-600℃；在一些实施方案中，步骤d)中，热处理时间为1-8h。在一些实施方案中，步骤c2)和d)之间，还包括以下的任一组步骤c3)，c3)～c4)，c3)～c5)，c3)～c6)，c3)～c7)，c3)c8)，c3)～c9)或c3)～c10)；其中c3)将二层包覆产物与溶解有碳前驱体的溶液混合，对混合物进行烘干处理，获得三层包覆产物；c4)将三层包覆产物与溶解有硅元素的溶液和溶解有钛元素的溶液混合，使硅元素和钛元素在沉淀剂的作用下沉淀，收集沉淀物进行烘干处理，获得四层包覆产物；c5)将四层包覆产物与溶解有碳前驱体的溶液混合，对混合物进行烘干处理，获得五层包覆产物。c6)将五层包覆产物与溶解有硅元素的溶液和溶解有钛元素的溶液混合，使硅元素和钛元素在沉淀剂的作用下沉淀，收集沉淀物进行烘干处理，获得六层包覆产物；c7)将六层包覆产物与溶解有碳前驱体的溶液混合，对混合物进行烘干处理，获得七层包覆产物。c8)将七层包覆产物与溶解有硅元素的溶液和溶解有钛元素的溶液混合，使硅元素和钛元素在沉淀剂的作用下沉淀，收集沉淀物进行烘干处理，获得八层包覆产物；c9)将八层包覆产物与溶解有碳前驱体的溶液混合，对混合物进行烘干处理，获得九层包覆产物；c10)将九层包覆产物与溶解有硅元素的溶液和溶解有钛元素的溶液混合，使硅元素和钛元素在沉淀剂的作用下沉淀，形成第十层包覆产物；c11)将十层包覆产物与溶解有硅元素的溶液和溶解有钛元素的溶液混合，使硅元素和钛元素在沉淀剂的作用下沉淀，形成第十一层包覆产物。在一些实施方案中，溶解有硅元素的溶液中硅元素的含量为1～20wt％；在一些实施方案中，溶解有钛元素的溶液中钛元素的含量为1～20％；在一些实施方案中，溶解有碳前驱体溶液中碳元素的含量为30～80wt％；在一些实施方案中，碳前驱体溶液有机物选自葡萄糖、壳聚糖、蔗糖、柠檬酸、酚醛树脂中的一种或多种；在一些实施方案中，沉淀剂选自KOH、LiOH、NaOH、NH3.H2O、Na2CO3、K2CO3、Li2CO3中的一种或多种；在一些实施方案中，步骤c1)，c3)，c5)，c7)，c9)和/或c11)中，烘干处理的温度为70-200℃；在一些实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核壳材料，包括：核，所述核含有硅氧化物和钛氧化物；第一层壳，所述第一层壳包覆所述核；和第二层壳，所述第二层壳包覆所述第一层壳。

【技术特征摘要】
1.一种核壳材料，包括：核，所述核含有硅氧化物和钛氧化物；第一层壳，所述第一层壳包覆所述核；和第二层壳，所述第二层壳包覆所述第一层壳。2.根据权利要求1所述的核壳材料，其特征在于以下一项或多项：-所述第一层壳含有碳单质；-所述第二层壳含有硅氧化物和钛氧化物。3.根据权利要求1所述的核壳材料，所述第二层壳之外还包覆有第3～n层壳，n为大于或等于3的正整数。4.根据权利要求3所述的核壳材料，所述第3～n层壳中每一层壳各自独立地含有以下一种或多种材料：碳单质、硅氧化物或钛氧化物。5.根据权利要求3所述的核壳材料，所述第3～n层壳中，相邻两层壳的成分相同或不同，n≥4。6.根据权利要求1所述的核壳材料，还包括以下的项1)，1)～2)，1)～3)，1)～4)，1)～5)，1)～6)，1)～7)或1)～8)：其中1)第三层壳，所述第三层壳包覆所述第二层壳，所述第三层壳含有碳单质；2)第四层壳，所述第四层壳包覆所述第三层壳，所述第四层壳含有硅氧化物和钛氧化物；3)第五层壳，所述第五层壳包覆所述第四层壳，所述五层壳含有碳单质；4)第六层壳，所述第六层壳包覆所述第五层壳，所述第六层壳含有硅氧化物和钛氧化物；5)第七层壳，所述第七层壳包覆所述第六层壳，所述七层壳含有碳单质；6)第八层壳，所述第八层壳包覆所述第七层壳，所述第八层壳含有硅氧化物和钛氧化物；7)第九层壳，所述第九层壳包覆所述第八层壳，所述九层壳含有碳单质；8)第十层壳，所述第十层壳包覆所述第九层壳，所述第十层壳含有硅氧化物和钛氧化物。7.根据权利要求1～6任一项所述的核壳材料，其特征在于以下一项或多项：-所述硅氧化物为SiOx，0.1<x<1.8；-所述钛氧化物为TiO2；-各层壳的厚度为5-200nm；-所述核壳材料中硅元素的含量为10wt％以上，例如15wt％以上。8.权利要求1～7任一项所述的核壳材料用作锂离子电池负极活性材料的用途。9.一种电池，含有权利要求1～7任一项所述的核壳材料。10.一种电池组，其特征在于，包括多个电池，所述电池是权利要求9所述的电池。11.一种电动交通工具，其特征在于，包括权利要求9所述的电池或权利要求10所述的电池组。12.一种电器，其特征在于，包括权利要求9所述的电池或权利要求10所述的电池组。13.一种制备核壳材料的方法，包括以下步骤：(i)混合溶解有硅元素的溶液和溶解有钛元素的溶液，进行沉淀处理，然后烘干，得到含有硅氧化物和钛氧化物的混合物；(ii)对含有硅氧化物和钛氧化物的混合物进行包覆；(iii)对步骤ii)的产物再次进行包覆。14.根据权13所述的制备核壳材料的方法，其特征在于以下一项或多项，步骤i)中，所述沉淀处理是指使硅元素和钛元素在沉淀剂的作用下沉淀；步骤ii)中，所述包覆是指将含有硅氧化物和钛氧化物的混合物与溶解有碳前驱体的溶液混合，对混合物进行烘干处理；步骤iii)中，所述包覆是指将步骤ii)的产物与溶解有硅元素的溶液和溶解有钛元素的溶液混合，使硅元素和钛元素沉淀，收集沉淀物。15.根据权13或14所述的制备核壳材料的方法，其特征在于以下一项或多项，-溶解有硅元素的溶液中硅元素的含量为1～20wt％；-溶解有钛元素的溶液中钛元素的含量为1～20wt％；-溶解有碳前驱体溶液中碳元素的含量为30～80wt％。16.一种制备核壳材料的方法，包括以下步骤：a)获得溶解有硅元素的溶液，溶解有钛元素的溶液和溶解有碳前驱体溶液；b)混合溶解有硅元素的溶液和溶解有钛元素的溶液，使硅元素和钛元素沉淀，收集沉淀物进行烘干处理，获得核产物；c1)将核产物与溶解有碳前驱体的溶液混合，对混合物进行烘干处理，获得一层包覆产物；c2)将一层包覆产物与溶解有硅元素的溶液和溶解有钛元素的溶液混合，使硅元素和钛元素沉淀，收集沉淀物进行烘干处理，获得二层包覆产物；d)在还...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟宽，李雪云，曾梦丝，吴西燚，魏文飞，
申请(专利权)人：珠海格力电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44