[发明专利]一种锂离子电池用Si掺杂锐钛矿型TiO2负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，具体是一种锂离子电池用Si掺杂锐钛矿型TiO₂负极材料及其制备方法。

背景技术

二氧化钛(TiO₂)材料，由于其自身稳定、低毒、廉价等优点，在光催化、微电子器件、化学传感器以及染料敏化太阳能电池等领域都有很多的应用。TiO₂材料具有开放的晶体结构以及钛离子灵活的电子结构，与碳负极材料相比，TiO₂材料电极在大电流充放电时，具有体积变化小、锂离子嵌脱过程中结构稳定、可逆性高、不易形成SEI膜、安全性能良好等优点，使得其在锂离子电池负极材料倍受关注。二氧化钛是一种具有多种晶型的氧化物，其常见的晶型有四种，分别为锐钛矿相TiO₂(Anatase TiO₂，四方晶系)、金红石相TiO₂(Rutile TiO₂，四方晶系)、板钛矿相TiO₂(Brookite TiO₂，正交晶系)以及TiO₂(B)相(单斜晶系)。众多晶型中，以锐钛矿型TiO₂的锂离子嵌脱活性最高。但是，锐钛矿型TiO₂为热力学不稳定相，容易转变为稳定性更强的金红石相TiO₂。本发明的目的是提供一种具有优异稳定性的Si掺杂锐钛矿型TiO₂材料的制备方法，获得性能更加优异的锂离子电池负极材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种锂离子电池用Si掺杂锐钛矿型TiO₂负极材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种锂离子电池用Si掺杂锐钛矿型TiO₂负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将去离子水溶于乙醇中，加入钛酸正丁酯和正硅酸四乙酯并搅拌，得到钛酸/硅酸的溶胶；

(2)将步骤(1)钛酸/硅酸的溶胶静置陈化，使原料进行缓慢共水解，溶胶胶束逐渐自组装为白色的球形胶束；

(3)对水解产物离心、过滤、洗涤，得到产物进行烘干处理，得到无定型相单分散的硅掺杂球形二氧化钛；

(4)将步骤(3)得到的硅掺杂球形二氧化钛置于马弗炉中，空气中进行热处理，得到Si掺杂锐钛矿型TiO₂负极材料。

进一步方案，所述步骤(1)中去离子水与乙醇的体积比为1:3000～1:7000；

钛酸正丁酯的浓度为30～60mmol/L；

正硅酸四乙酯的浓度为1.5～3.5mmol/L；

搅拌速度700～1100rpm，搅拌时间为1～3h。

进一步方案，所述步骤(2)中静置陈化时间为12～24h。

进一步方案，所述步骤(3)中洗涤分为水和乙醇溶液各洗涤三次；

所述烘干处理的烘干温度为60～90℃，烘干时间12～24h。

进一步方案，所述步骤(4)中高温热处理温度为600～800℃，处理时间为8～12h。

本发明的另一个目的在于提供一种上述方法制备得到的锂离子电池用Si掺杂锐钛矿型TiO₂负极材料。

本发明的有益效果：

1、本发明制备的Si掺杂的TiO₂材料，可以得到单分散性良好的球形颗粒，含有大量的介孔结构，有利于锂离子的嵌入脱出；并且具有良好的热力学稳定性，在800℃也可以保持锐钛矿型；

2、本发明制备的Si掺杂锐钛矿型TiO₂材料，具有优异的稳定性，通过将本材料应用于锂离子电池负极，可以使得电池负极具有较小的体积变化、稳定的结构，从而具有良好的安全性能；其具有的高温稳定性，也可以防止在电池的使用过程中负极材料发生相变所导致的电池性能下降。

附图说明

图1为本发明实施例1中，纯的TiO₂(TiO₂)与Si掺杂TiO₂(Si-TiO₂-1)的SEM对比图。

图2为本发明实施例1中，Si-TiO₂-1的TEM图。

图3为本发明实施例1中，TiO₂与Si-TiO₂-1的XRD对比图。