一种Si@TiO制造技术

本发明专利技术属于锂电池电极材料技术领域，公开了一种Si@TiO

【技术实现步骤摘要】
一种Si@TiO2空心核壳复合材料的制备方法
本专利技术涉及电池负极符合材料
，特别涉及一种Si@TiO2空心核壳复合材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池具有工作电压高、比能量大、放电平稳、体积小、质量轻等优点，在便携式电子设备、电动汽车、空间技术等领域展示了广阔的应用前景，目前商业化所用的石墨类负极材料，实际比容量已经接近372mAh/g的理论值，很难满足绿色能源技术和低碳经济发展对下一代锂离子电池提出的更高要求，因此开发高比容量负极材料已成为锂离子电池研究的一个重要方向。硅能够与锂形成多种形态合金，理论储锂容量高达4200mAh/g，嵌锂电位较低，且在地壳中有很高的丰度，因而是一种理想的负极材料。然而在充放电过程中，硅的脱嵌锂反应伴随巨大的体积变化(～300％)，造成硅粒破裂和粉化，导致硅粒子间以及硅粒子与集流体之间发生分离，进而失去电接触，致使容量衰减，循环性能急剧下降。因此，改善硅基负极材料循环性能是研究热点。将硅颗粒纳米化后进行碳包覆，是解决硅体积膨胀提高硅基负极材料循环性能的有效途径。但当充放电到一定程度后，硅锂化的体积形变产生的应力易导致碳外壳破裂，因而硅碳复合负极材料循环稳定性仍然不能达到产业化应用的要求。二氧化钛作为锂离子电池负极材料在脱嵌锂过程中结构体积变化小(～4％)，循环性能稳定，可以作为硅纳米颗粒的包覆材料。公开号为CN106784714A的中国专利技术专利公开了一种锂离子电池硅基复合负极材料及其制备方法，该材料是以纳米硅为内核，以p-TiO2@C为外壳，具有蛋黄—蛋壳结构的复合材料，不仅具有较高的比容量，而且具有优异的首周库伦效率和循环稳定性能，但其工艺复杂，反应条件控制苛刻，产品均一性并不高，且生产成本较高。公开号为CN106848276A的中国专利技术专利公开了一种核壳结构二氧化钛包覆硅锂离子电池负极材料及其制备方法，将硅粉与氟钛酸铵在水热条件下反应后，所得产物进一步热处理，即获得以二氧化钛为外壳、以硅纳米颗粒为内核、且在外壳和内核之间具有空腔的核壳结构二氧化钛包覆硅锂离子电池负极材料。该专利技术的制备方法简单有效，所制备的硅基负极材料的外壳是在脱嵌锂过程中结构稳定的二氧化钛、内核是可提供高比容量的硅单质、核壳之间还有可以缓冲硅脱嵌锂过程中体积效应的空腔，因而具有良好的储锂性能。但从该专利技术所提供的TEM照片可以其硅/二氧化钛复合材料分散性角差，存在形貌不规则、二次团聚等问题。
技术实现思路
鉴于以上内容，本专利技术的目的在于提供一种Si@TiO2空心核壳复合材料的制备方法，该方法工艺简单，条件控制方便，得到一种Si@TiO2空心核壳结构，大小均匀、分散性好，且用作负极材料可以提升锂离子电池的倍率性能和循环稳定性。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种Si@TiO2空心核壳复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)取一定量硅纳米颗粒，溶于葡萄糖溶液中，超声20min-60min，得混合液A；(2)将所述混合液A转移至水热反应釜中，在水热温度150℃-200℃的条件下，反应5-10h，得Si/C复合材料前驱体；(3)将所述Si/C复合材料前驱体溶于一定量的钛源溶液中，老化8-12h，真空干燥，得Si/C/TiO2前驱体；(4)将所述Si/C/TiO2前驱体在空气中煅烧1-4h，煅烧温度为500℃-600℃，即得Si@TiO2空心复合材料。本专利技术中，优选地，所述硅纳米颗粒的粒度＜100nm。本专利技术中，优选地，所述葡萄糖溶液中葡萄糖的浓度为0.1-0.2mol/L，硅纳米颗粒与葡萄糖的质量比为1:5-10。本专利技术中，优选地，所述步骤(3)中的钛源为浓度为0.1-0.2mol/L的四氯化钛溶液、硫酸钛溶液、钛酸四丁酯溶液、异丙醇钛溶液中的一种或多种。本专利技术中，优选地，所述步骤(3)中，控制所用硅纳米颗粒与钛源中的溶质质量比为1:5-10。本专利技术中，优选地，所述步骤(3)中，老化是在转速300-500rpm的搅拌条件下进行。上述制备所得的Si@TiO2空心核壳复合材料可用作锂离子电池硅基负极材料。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术的技术方案，经过简单的水热法和溶剂热法得到Si@C@TiO2前驱体，高温热处理得到Si@TiO2空心核壳结构，TiO2具有优异的机械稳定性，可以避免Si充放电过程中体积膨胀，同时Si@TiO2空心结构可以缓解Si的体积效应产生的内应力，避免材料结构的破坏，从而提高材料的循环稳定性。2、本专利技术的方法工艺简单，条件控制方便，生产成本低。通过对原料的比例和反应条件进行控制，得到的Si@TiO2空心核壳结构大小均匀、形貌规则、分散性好，且几乎没有破损和坍塌，从而进一步保证材料的稳定性。附图说明图1是本专利技术制备的复合材料的透镜图；图2是对比例1制备的复合材料的透镜图。具体实施方式为了更清楚地表达本专利技术，以下通过具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1一种Si@TiO2空心核壳复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)取颗粒粒度＜100nm的硅纳米颗粒，溶于浓度为0.1mol/L葡萄糖溶液中，控制硅纳米颗粒与葡萄糖的质量比为1:5，超声分散20min，得混合液A；(2)将混合液A转移至水热反应釜中，在水热温度150℃的条件下，反应10h，得Si/C复合材料前驱体；(3)将所述Si/C复合材料前驱体溶于浓度为0.1mol/L的四氯化钛溶液中，控制所用硅纳米颗粒与钛源中的溶质质量比为1:5，在转速300rpm的搅拌条件下老化12h，真空干燥，得Si/C/TiO2前驱体；(4)将所述Si/C/TiO2前驱体在空气中煅烧1h，煅烧温度为600℃，即得Si@TiO2空心复合材料。实施例2一种Si@TiO2空心核壳复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)取颗粒粒度＜100nm的硅纳米颗粒，溶于浓度为0.12mol/L葡萄糖溶液中，控制硅纳米颗粒与葡萄糖的质量比为1:5，超声分散50min，得混合液A；(2)将混合液A转移至水热反应釜中，在水热温度160℃的条件下，反应9h，得Si/C复合材料前驱体；(3)将所述Si/C复合材料前驱体溶于浓度为0.12mol/L的硫酸钛溶液中；控制所用硅纳米颗粒与钛源中的溶质质量比为1:6；在转速350rpm的搅拌条件下老化11h，真空干燥，得Si/C/TiO2前驱体；(4)将所述Si/C/TiO2前驱体在空气中煅烧2h，煅烧温度为580℃，即得Si@TiO2空心复合材料。实施例3一种Si@TiO2空心核壳复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)取颗粒粒度＜100nm的硅纳米颗粒，溶于浓度为0.15mol/L葡萄糖溶液中，控制硅纳米颗粒与葡萄糖的质量比为1:8，超声分散40min，得混合液A；(2)将混合液A转移至水热反应釜中，在水热温度165℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Si@TiO

【技术特征摘要】
1.一种Si@TiO2空心核壳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取一定量硅纳米颗粒，溶于葡萄糖溶液中，超声20min-60min，得混合液A；
(2)将所述混合液A转移至水热反应釜中，在水热温度150℃-200℃的条件下，反应5-10h，得Si/C复合材料前驱体；
(3)将所述Si/C复合材料前驱体溶于一定量的钛源溶液中，老化8-12h，真空干燥，得Si/C/TiO2前驱体；
(4)将所述Si/C/TiO2前驱体在空气中煅烧1-4h，煅烧温度为500℃-600℃，即得Si@TiO2空心复合材料。


2.根据权利要求1所述的一种Si@TiO2空心核壳复合材料的制备方法，其特征在于：所述硅纳米颗粒的粒度＜100nm。


3.根据权利要求1所述的一种Si@TiO2空心核壳复合材料的制备方法，其特征在于：所述葡萄糖溶液中葡萄糖的浓度为0.1-0.2mol/L，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红强，丁亚俊，吕丁娇，韩金路，邱志安，黄有国，吴强，潘齐常，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：广西;45