[发明专利]一种复合气凝胶负极材料的制备方法

说明书

本发明公开一种复合气凝胶负极材料的制备方法，将钛酸丁酯溶解于适量乙醇中形成溶液A，将壳聚糖溶解在乙酸水溶液中，形成溶液B，将戊二醛溶解在无水乙醇中形成溶液C，将经酸处理的碳纳米管溶解在十二烷基硫酸钠水溶液中得到悬浊液D，在50℃水浴持续搅拌条件下，将溶液B、C和D同时缓慢加入溶液A中，再滴加少量硫酸，持续搅拌，反应完毕后，过滤，先用乙醇再用蒸馏水洗涤，干燥得到凝胶，最后将该干凝胶高温煅烧，粉碎，过筛，得到目标产物。本发明利用常压干燥法制得复合气凝胶负极材料，具有成本低，工艺简单，易实现工业化大规模生产及电化学性能好的主要优点，又能发挥协同效应，以提高负极的容量和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及负极材料领域技术，尤其是指一种复合气凝胶负极材料的制备方法。

背景技术

世界各国都在大力发展新能源汽车，但目前新能源汽车存在充电难、充电时间长等技术性难题。快充型锂离子电池负极材料必须具备快速接纳大量Li+的能力，否则Li+会在负极表面沉积、析出形成锂枝晶，产生短路导致安全隐患。

传统的石墨负极材料层间距较小，阻碍Li+快速脱嵌，快充模式下容易析锂且充电量大大降低，因此单纯的石墨不能作为快充型锂电池负极材料。而多孔的纳米颗粒的非晶碳类材料成为快充锂离子电池负极的理想材料。

碳纳米管（CNT）是具有特殊结构的一维量子材料，具有良好的导电性、优良的力学性能和超大的比表面积。CNT单独作为锂电负极首次比容量较高，却存在首次放电不可逆容量大，充放电平台不明显，电压之后等缺点，利用CNT一维多孔结构既有助于充放电过程中锂离子的嵌入和迁出，又可为TiO₂(B)/碳气凝胶构建三维导电网络。

近年来，纳米结构的TiO₂是最受欢迎的功能能材料，TiO₂(B)为单斜相态层状结构，并且有微小的孔道，Li⁺嵌入量可达0.5～1.0Li/Ti，具有较好的充放电特征，可作为一种性能优良的锂离子电池负极材料。但是TiO₂(B)结构松散，比表面积小，电导率相对偏低，制备成本高，因此，通过设计添加碳纳米管增强导电性能，并通过常规的溶胶-凝胶法将外面包覆一层碳，构成CNT/TiO₂(B)/C复合气凝胶。

中国发明专利申请公布号CN 105540658A公开了一种二氧化钛负极材料及其制备方法，其方法是：

(一)将钛酸四丁酯加入尿素-氯化胆碱离子液体、水和冰乙酸组成的混合液中进行反应，水洗过滤，将滤得物经冷冻干燥后，焙烧，既得目标产物。

(二)钛酸四丁酯、离子液体、水和冰乙酸的较优体积比为：2-4:3-8:3-4:1-2。

在上述方法中需要消耗较大量的离子液体，并且冷冻干燥的方式不易实现规模化生产，所得二氧化钛产品为锐钛矿型，将其作为锂离子电池负极材料组装成扣式电池，结果表明在0.5C下的循环性能图，可逆放电比容量只有193.2mAh g^-1。循环50圈后放电比容量只有171.9mAh g^-1，容量保持率为89.0％。

中国发明专利申请公布号CN 105609741A公开了一种锂电池负极材料二氧化硅/二氧化钛复合气凝胶的制备方法，其方法是：

（1）将硅酯、钛酯和溶剂混合溶液（溶液A）和乙醇/水混合溶液（溶液B）搅拌下混合均匀，并通过盐酸调节pH值得到完全澄清透明的前驱体溶液C；

（2）将减溶液缓慢滴加到上述前驱体溶液C，并控制pH值得到二氧化硅/二氧化钛复合水凝胶；

（3）所得二氧化硅/二氧化钛复合水溶胶静置至生成凝胶，将凝胶在一定温度和溶剂下陈化，然后将样品进行超临界流体干燥，即得到二氧化硅/二氧化钛复合气凝胶；