鋰電池負極材料二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠的制備制造技術

本發明專利技術涉及一種二氧化硅/二氧化鈦氣凝膠復合材料的制備方法，本發明專利技術還涉及二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠在鋰離子電池負極材料中的應用。所述的二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠由二氧化硅和二氧化鈦的納米顆粒組成，及二氧化硅/二氧化鈦的復合顆粒組成。所得的二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠樣品密度低，機械性能穩定，親水性好。本發明專利技術制備工藝簡單，成本低，適合實現工業化生產。用該材料做鋰離子電池負極材料，具有比容量高、循環性能穩定的優點。復合氣凝膠具有很高的孔隙率和很好的機械性能，緩解循環過程中電極材料的體積變化，解決了循環過程中顆粒團聚的問題，因而提高了電化學循環穩定性，是一種具有廣闊應用前景的鋰離子電池負極材料。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于新能源材料和電化學
，涉及一種二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠的制備方法；以及二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠的用途，即作為一種鋰離子電池中的一種新型負極材料。
技術介紹
能源是人類生存和發展的重要物質基礎，是從事各種經濟活動的原動力，也是社會經濟發展水平的重要標志。鋰離子電池由于其容量高、能量密度大、造價低廉、循環壽命長、工作電壓高等優點，成為當今最具潛力的能量儲存體系之一，并已得到廣泛運用。電極材料的性能直接決定了鋰離子電池的性能，因此尋求高性能的電極材料意義重大。氣凝膠是由超細微粒聚結構成的輕質多孔性納米結構材料，其特有的納米尺寸顆粒與納米孔洞結構使它擁有許多獨特的性質，二氧化硅氣凝膠具有較高的孔洞率，孔洞的典型尺寸為1～100nm。氣凝膠具有較好的機械性能，可以承受相當于自身質量幾千倍的壓力，因而其在耐高溫隔熱材料、高效高能電極、聲阻抗藕合材料氣體吸附和分離膜、高效催化劑及其載體等方面有了廣泛的用途。二氧化硅和二氧化鈦具有比石墨負極更高的理論比容量，是目前鋰離子電池的負極材料的研究重點。然而在循環過程中二氧化硅和二氧化鈦的體積改變效應引起磨碎效應，導致容量衰減過快的問題是限制其應用的主要瓶頸。二氧化硅氣凝膠和二氧化鈦氣凝膠是由納米顆粒組成，氣凝膠的三維網絡結構和納米尺寸效應能夠改善其離子傳輸性能；而且復合氣凝膠具有較高的孔隙率，可以有效避免循環過程中體積改變效應引起磨碎效應,改善其循環穩定性；同時二氧化鈦具有更高的電子傳導和離子傳輸性能，能夠進一步改善二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠的電子傳導和離子傳輸性能，最終得到具有高的充放電比容量和較好的循環穩定性的鋰離子電池新型負極材料二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠。綜上所述，鋰離子電池新型負極材料二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠具有優異的電化學性能，是一種具有廣闊應用前景的新型鋰離子電池負極材料。
技術實現思路
本專利技術提供了一種二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠的制備方法，同時把其應用于新型的高比容量和優良循環穩定性的鋰離子電池負極材料。主要目的在于通過控制氣凝膠中二氧化鈦和二氧化硅的微觀結構和質量比，得到一種新型高性能的鋰離子電池負極材料。為實現本專利技術的上述目的，本專利技術采用如下技術方案：鋰電池負極材料二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠的制備，其特征在于：制備方法一：將硅酯、鈦酯和溶劑混合溶液（溶液A）和乙醇/水酸混合溶液（溶液B）攪拌下混合，并通過鹽酸調節PH值得到完全澄清透明的前驅體溶液C；將堿溶液緩慢滴加上述前驅體溶液C，并控制PH值得到二氧化硅/二氧化鈦復合水溶膠；所得二氧化硅/二氧化鈦復合水溶膠靜置至生成凝膠，將凝膠在一定溫度和溶劑下陳化，然后將樣品進行超臨界流體干燥，即得到二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠；制備方法二：首先按上述步驟制備二氧化硅氣凝膠，然后將二氧化硅氣凝膠加入鈦酯、乙醇和去離子水的混合溶液中，在連續攪拌下，控制PH值使部分鈦酯水解的二氧化鈦沉積在二氧化硅氣凝膠上形成二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠。按照二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠：乙炔黑：聚偏氟乙烯=8:1:1(質量比)的比例準確稱取樣品，倒入瑪瑙研缽中充分研碎，將研磨均勻的粉末倒入預先加入N-甲基吡咯烷酮和聚偏氟乙烯的稱量瓶中，并加入磁子，在恒溫加熱磁力攪拌器中攪拌24h，以銅片為集流體，用涂布制備器均勻地涂一層150μm厚的薄膜于極片上，然后放置于真空干燥箱中，700C真空干燥24h，將干燥完的集流片用粉末壓片機進行壓實，然后用打孔器進行打孔，然后用分析天平準確稱取極片的質量，以鋰片為正極，二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠材料為負極，隔膜選擇Celgard2400標準膜，電解液選用1M的六氟磷酸鋰溶液，選用2016型的紐扣電池殼，其組裝過程在氧氣與水指標低于1ppm的手套箱中進行，氬氣保護。將組裝好的扣式電池放置于250C的環境中靜止24h,將組裝好的扣式電池進行恒流充放電測試。目前對于二氧化硅材料作為鋰離子電池負極材料的研究還很有限，二氧化硅的電化學活性低(如較低的離子傳輸性能和磨碎效應)是限制其應用的主要瓶頸。采用商業化納米二氧化硅為原料，原材料價格昂貴；采用水熱法制備納米二氧化硅基復合材料，材料的產率低，成本較高。本專利技術二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠活性材料制備采用溶膠-凝膠法，條件比較溫和，產量大，成本低，便于規模化生產。同時二氧化鈦復合后能夠改善二氧化硅的電化學性能，合成的產物顆粒細小，粒徑分布均勻，具備很好的發展潛力和價值。按本文制備的二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠鋰離子電池負極材料，通過電化學性能測試可知，其循環穩定性很好，比容量高，是很好的鋰離子電池負極材料。附圖說明圖1是二氧化硅和二氧化鈦質量比為1:1的二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠的掃描電鏡圖；圖2是二氧化硅和二氧化鈦質量比為2:1的二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠的掃描電鏡圖；圖3是二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠(質量比為2:1)電池材料的循環次數-比容量圖。具體實施方式本專利技術的鋰電池負極材料二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠的制備，其特征在于：將硅酯、鈦酯和溶劑混合溶液（溶液A）和乙醇/水酸混合溶液（溶液B）攪拌下混合，并通過鹽酸調節PH值得到完全澄清透明的前驅體溶液C；將堿溶液緩慢滴加至上述前驅體溶液C，并控制PH值得到二氧化硅/二氧化鈦復合水溶膠；所得二氧化硅/二氧化鈦復合水溶膠靜置至生成凝膠，將凝膠在一定溫度和溶劑下陳化，然后將樣品進行超臨界流體干燥，即得到二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠。首先按上述步驟制備二氧化硅氣凝膠，然后將二氧化硅氣凝膠加入鈦酯、乙醇和去離子水的混合溶液中，在連續攪拌下，控制PH值使部分鈦酯水解的二氧化鈦沉積在二氧化硅氣凝膠上形成二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠。按照二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠：乙炔黑：聚偏氟乙烯=8:1:1(質量比)的比例準確稱取樣品，倒入瑪瑙研缽中充分研碎，將研磨均勻的粉末倒入預先加入N-甲基吡咯烷酮和聚偏氟乙烯的稱量瓶中，并加入磁子，在恒溫加熱磁力攪拌器中攪拌24h，以銅片為集流體，用涂布制備器均勻地涂一層150μm厚的薄膜于極片上，然后放置于真空干燥箱中，700C真空干燥24h，將干燥完的集流片用粉末壓片機進行壓實，然后用打孔器進行打孔，然后用分析天平準確稱取極片的質量，以鋰片為正極，二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠材料為負極，隔膜選擇Celgard2400標準膜，電解液選用1M的六氟磷酸鋰溶液，選用2016型的紐扣電池殼，其組裝過本文檔來自技高網...

【技術保護點】
鋰電池負極材料二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠的制備，其特征在于，該制備方法包括以下幾個步驟：(1)將硅酯、鈦酯和溶劑混合溶液（溶液A）和乙醇/水混合溶液（溶液B）攪拌下混合均勻，并通過鹽酸調節PH值得到完全澄清透明的前驅體溶液C；(2)?將堿溶液緩慢滴加上述前驅體溶液C，并控制PH值得到二氧化硅/二氧化鈦復合水溶膠；(3)?所得二氧化硅/二氧化鈦復合水溶膠靜置至生成凝膠，將凝膠在一定溫度和溶劑下陳化，然后將樣品進行超臨界流體干燥，即得到二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠；(4)首先按上述步驟(1)、(2)和(3)制備二氧化硅氣凝膠，然后將二氧化硅氣凝膠加入鈦酯、乙醇和去離子水的混合溶液中，通過控制PH值調節鈦酯水解的速度，使生成的二氧化鈦均勻沉積在二氧化硅氣凝膠上形成二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠。

【技術特征摘要】
1.鋰電池負極材料二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠的制備，其特征在于，該制備方法包
括以下幾個步驟：
(1)將硅酯、鈦酯和溶劑混合溶液（溶液A）和乙醇/水混合溶液（溶液B）攪拌下混合均
勻，并通過鹽酸調節PH值得到完全澄清透明的前驅體溶液C；
(2)將堿溶液緩慢滴加上述前驅體溶液C，并控制PH值得到二氧化硅/二氧化鈦復合水
溶膠；
(3)所得二氧化硅/二氧化鈦復合水溶膠靜置至生成凝膠，將凝膠在一定溫度和溶劑
下陳化，然后將樣品進行超臨界流體干燥，即得到二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠；
(4)首先按上述步驟(1)、(2)和(3)制備二氧化硅氣凝膠，然后將二氧化硅氣凝膠加入
鈦酯、乙醇和去離子水的混合溶液中，通過控制PH值調節鈦酯水解的速度，使生成的二氧化
鈦均勻沉積在二氧化硅氣凝膠上形成二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠。
2.二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠在鋰離子電池負極材料中的應用，其特征在于，用二
氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠作為鋰離子電池研究電極材料，添加導電劑和粘結劑調漿涂
布，以鋰片作為對電極，組裝得到扣式電池。
3.根據權利要求1所述二氧化硅/二氧化鈦復合氣凝膠的制備方法，其特征在于，所述
步驟（1）中硅酯為正硅酸乙酯、偏硅酸丁酯、三甲基硅酯、三異丙基丙烯酸硅酯、其溶液的摩
爾濃度為0.63～1.18mol/L，（1）和（4）中鈦酯為鈦酸正丁酯、對鈦酸二甲酯、偏鈦酸丁酯、
鈦酸丙酯、鈦酸異丙酯，其溶液的摩爾濃度為0.57～1.28mol/L。
4.根據...

【專利技術屬性】
技術研發人員：不公告發明人，
申請(專利權)人：湘潭大學，
類型：發明
國別省市：湖南;43