一种氧缺陷制造技术

本申请涉及新能源材料制备技术领域，具体公开了一种

【技术实现步骤摘要】
一种氧缺陷TiO2@Si@碳微球及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及新能源材料制备
，更具体地说，它涉及一种氧缺陷
TiO2@Si@
碳微球及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]为了满足工业发展，需要大力发展储能器件，锂离子电池作为主流的储能器件之一，受到了社会的广泛重视
。
传统的石墨负极由于理论容量
(372mAh/g)
较低，已经无法满足目前电动汽车或智能电网的发展，因此需要更高容量的电极材料来实现更高能量密度的电池
。
硅是目前已知容量最高的负极材料
(4200mAh/g)
，由于其脱嵌锂电位较低，来源较为丰富，是发展高能量密度电池最佳的负极材料之一，因此常用硅与碳制备硅碳负极材料
。
[0003]尽管硅具有较高的理论容量，但是其在充放电过程中会产生巨大的体积变化
(>300
％
)
，这种变化将造成硅碳负极材料的结构破坏
、
颗粒粉化，进而导致其电极容量快速衰减，电极失效
。

技术实现思路

[0004]为了提高含硅碳负极材料的电化学性能，本申请提供一种
TiO2@Si@
碳微球及其制备方法和应用
。
[0005]第一方面，本申请提供一种氧缺陷
TiO2@Si@
碳微球，采用如下的技术方案：一种氧缺陷
TiO2@Si@
碳微球，包括碳微球，所述碳微球表面包覆有硅层，所述硅层表面包覆有氧缺陷的二氧化钛层
。
[0006]通过采用上述技术方案，以碳微球和
Si
为内核，氧缺陷
TiO2为壳，形成多重内核的复杂结构的氧缺陷
TiO2@Si@
碳微球
。
一方面，由于氧缺陷
TiO2@Si@
碳微球的多核结构，具有特殊的活性位封闭式结构，形成了独特的封闭式微环境，保护内核不受外界的化学侵蚀，进而提了高氧缺陷
TiO2@Si@
碳微球的电化学性能
。
另一方面，由于
TiO2不仅具有极好的高倍率性能和循环稳定性，还具有快速充放电性能和较高的容量，以及脱嵌锂可逆性好等特点
。
因此，采用二氧化钛为壳，有利于提高材料
TiO2@Si@
碳微球的电化学性能
。
[0007]同时，通过二氧化钛的氧缺陷优化
TiO2@Si@
碳微球的电子结构
、
改善其活性位点数量，可引入额外的电子，有利于提高氧缺陷
TiO2@Si@
碳微球的电化学性能
。
[0008]第二方面，本申请提供一种氧缺陷
TiO2@Si@
碳微球的制备方法，采用如下的技术方案：一种氧缺陷
TiO2@Si@
碳微球的制备方法，包括以下步骤：
S1
：将碳微球
、
硅酸四乙酯和酸混合后，进行化学水解反应，得到
SiO2@
碳微球；
S2
：将
SiO2@
碳微球和还原剂在惰性气体条件下，进行化学热还原反应，得到
Si@
碳微球；
S3
：将
Si@
碳微球和有机钛盐混合后，先进行化学水解反应，再煅烧，得到
TiO2@Si@
碳微球；
S4
：将
TiO2@Si@
碳微球和还原性气体，进行化学热还原反应，得到氧缺陷
TiO2@Si@
碳微球
。
[0009]通过采用上述技术方案，首先通过简单的化学水解法制备
SiO2@
碳微球，再通过化学热还原法制备
Si@
碳微球，最后通过化学水解
、
煅烧和氢气还原，即可制得氧缺陷
TiO2@Si@
碳微球
。
因此，本申请的制备方法简单，相对于先关技术中，需要对对硅粉的预氧化
、
磨砂
、
石墨等混合
、
喷雾干燥
、
焙烧
、
氧化物混合
、
后处理
、
粉碎和过筛等多个步骤，本申请的制备步骤更少，更适合大规模生产
。
[0010]优选的，所述氧缺陷
TiO2@Si@
碳微球的制备方法，包括以下步骤：
S1
：将硅酸四乙酯加入碳微球的酸混合液中，在
70
～
75℃
搅拌混合2～
3h
后，再降温至
35
～
45℃
，得到
SiO2@
碳微球；
S2
：将
SiO2@
碳微球和还原剂在惰性气体条件下，以
0.5
～
1℃/min
的升温速率从
20
～
25℃
升温至
650
～
900℃
，并且在
650
～
900℃
煅烧3～
7h
，得
Si@
碳微球；
S3
：将
Si@
碳微球和有机钛盐混合后，先在
30
～
50℃、20
～
40KHz
超声分散6～
8h
，然后过滤，收集固体，将固体进行洗涤
、
干燥后，再以1～
2℃/min
的升温速率将固体从
20
～
25℃
升温至
500
～
600℃
，并且将固体在
500
～
600℃
煅烧2～
3h
，最后在
300
～
400℃
保温
0.5
～
1h
，得
TiO2@Si@
碳微球；
S4
：将
TiO2@Si@
碳微球和还原性气体以
0.5
～
1℃/min
的升温速率从
20
～
25℃
升温至
400
～
500℃
，并且在
400
～
500℃
煅烧1～
2h
，得到氧缺陷
TiO2@Si@
碳微球
。
[0011]通过采用上述技术方案，首先，步骤
S1
中，通过在酸性条件下，控制硅酸四乙酯的反应水解速率，并且在温度为
70
～
75℃
保温2～
3h...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种氧缺陷
TiO2@Si@
碳微球，其特征在于，包括碳微球，所述碳微球表面包覆有硅层，所述硅层表面包覆有氧缺陷的二氧化钛层
。2.
权利要求1所述氧缺陷
TiO2@Si@
碳微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
：将碳微球
、
硅酸四乙酯和酸混合后，进行化学水解反应，得到
SiO
2 @
碳微球；
S2
：将
SiO
2 @
碳微球和还原剂在惰性气体条件下，进行化学热还原反应，得到
Si@
碳微球；
S3
：将
Si@
碳微球和有机钛盐混合后，先进行化学水解反应，再煅烧，得到
TiO2@Si@
碳微球；
S4
：将
TiO2@Si@
碳微球和还原性气体，进行化学热还原反应，得到氧缺陷
TiO2@Si@
碳微球
。3.
根据权利要求2所述的氧缺陷
TiO2@Si@
碳微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
：将硅酸四乙酯加入碳微球的酸混合液中，在
70
～
75℃
搅拌混合2～
3h
后，再降温至
35
～
45℃
，得到
SiO
2 @
碳微球；
S2
：将
SiO
2 @
碳微球和还原剂在惰性气体条件下，以
0.5
～
1℃/min
的升温速率从
20
～
25℃
升温至
650
～
900℃
，并且在
650
～
900℃
煅烧3～
7h
，得
Si@
碳微球；
S3
：将
Si@
碳微球和有机钛盐混合后，先在
30
～
50℃、20
～
40KHz
超声分散6～
8h
，然后过滤，收集固体，将固体进行洗涤
、
干燥后，再以1～
2℃/min
的升温速率将固体从
20
～
25℃
升温至
500
～
600℃
，并且将固体在
500
～
600℃
煅烧2～
3 h
，最后在
300
～
400℃
保温
0.5
～
1h
，得
TiO2@Si@
碳微球；
S4
：将
TiO2@Si@
碳微球和还原性气体以
0.5
～
1℃/min
的升温速率从
20
～
25℃
升温至
400
～
500℃
，并且在
400
～
500℃
煅烧1～
2 h
，得到氧缺陷
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张登科，李广敏，张冬翔，王刘伟，张华芹，程佳彪，
申请(专利权)人：上海韵申新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：