[发明专利]三维网络结构纳米硅碳/钛氧化物复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三维网络结构纳米硅碳/钛氧化物复合材料的制备方法，包括：(1)将纳米硅、钛源、碳源和分散剂，经球磨机球磨复合制备粘稠前驱体浆料；(2)在鼓风烘箱中50～120℃烘烤1～10h后，研磨破碎得干燥的前驱体粉料；(3)在还原气氛下800～1000℃热处理2～5h得块状硅、碳与钛氧化物复合材料；(4)用破碎机破碎处理过筛后，即得尺寸均一的三维网络结构纳米硅碳/钛氧化物复合材料。本发明还公开了一种三维网络结构纳米硅碳/钛氧化物复合材料制备工艺。本发明工艺简单可控，有效抑制充放电过程中硅的体积膨胀效应，相较于常规石墨负极材料容量值有大幅度提升。

技术领域

本发明涉及一种复合材料及其制备方法，具体涉及一种三维网络结构纳米硅碳/钛氧化物复合材料及其制备方法，属于锂离子电池负极材料技术领域。

背景技术

目前商业化锂离子电池负极常用的石墨类炭材料，其有较低的脱嵌锂电位、较高的可逆容量、较高的首次效率以及良好的循环稳定性等优良特性，并且碳资源丰富、价格低廉。然而，其理论比容量不高(372mAhg^-1)，导致电芯能量密度低，这在一定程度上制约了其在高性能3C产品及电动汽车领域的应用。硅作为地壳中储量丰富的元素，储量丰富，同时其具有很高的理论比容量(4200mAhg^-1)，使其成为石墨负极材料的替代材料之一。然而，硅在锂离子充放电过程中存在巨大的体积膨胀效应，伴随SEI膜不断形成从而导致电解液不断被消耗，同时会破坏材料的导电网络结构，导致导电性变差，可逆容量和库伦效率衰减严重。

为了解决硅基负极材料在充放电过程中的体积效应，目前主要的方法有将硅材料纳米化、制备硅合金或者硅碳复合材料、制备特定硅基结构材料，其中，硅碳复合材料是现阶段研究的热点。而现有的硅碳复合材料存在首次效率不高，循环容量衰减严重等不足之处，仍需要进一步提高。

专利公开号为CN102969509A，名称为“一种锂离子电池硅碳复合材料的制备方法”的中国专利申请，介绍了纳米硅与石墨在有机溶剂分散下经超声分散并干燥后得到硅碳复合材料。虽然用此种方法获得的硅碳负极材料具有较高的首次充电比容量，但其首次效率不高，循环容量保持率都较差。开发一种能有效抑制材料体积效应，同时提升材料导电性的硅碳复合材料已迫在眉睫。

专利公开号为CN104925857A，名称为“亚氧化钛粉体的旋转式动态连续制备方法”的专利，Ti与O的化合物在和还原剂在一定还原条件下，可连续批量生产可得到单相或纯度高于70％的亚氧化钛粉体。专利公开号为CN105489864A，名称为“一种亚氧化钛包覆改性磷酸铁锂复合材料及其制备方法”的专利，采用具有高导电性的亚氧化钛对磷酸铁锂进行包覆改性，降低电池内阻，改善磷酸铁锂大倍率充放电性能及循环性能。专利公开号为CN102593440A，名称为“锂电池的负极材料及其生产方法”的专利，通过在亚氧化钛、纳米球形镀银微硅粉及粘结剂制备高导电、低内阻高容量的适用于动力电池深度循环需求的电极材料。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种三维球状网络结构纳米硅碳/钛氧化物复合负极材料及其制备方法，以期望提升现有技术中硅碳复合负极材料导电性，改善材料首次效率和循环性能。

为解决上述的技术问题，本发明的实施方式采用以下技术方案：

一种三维网络结构纳米硅碳/钛氧化物复合材料，纳米硅与钛氧化物均一分散的同时包覆穿插在碳层结构物质中实现三维网络物相的均匀复合；基于亚氧化钛的导电性及优良的电化学稳定性，其在复合材料中能显著降低材料内阻，提升材料首次效率与循环性能。

其具体制备步骤为：

(1)将5～20％质量分数占比的纳米硅、2～10％质量分数占比的钛源、70～93％质量分数占比的碳源和分散剂，经球磨机球磨复合制备得粘稠前驱体浆料；

(2)将步骤(1)所得前驱体浆料在鼓风烘箱中在50～120℃烘烤1～10h，研磨破碎得干燥的前驱体粉料；