一種鋰離子電池負(fù)極材料Si/TiO2復(fù)合材料的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種鋰離子電池負(fù)極材料Si/TiO2復(fù)合材料的制備方法，通過稻殼資源提取SiO2原料，然后利用鎂熱還原法將SiO2原料還原為Si，最后將Si與TiO2進(jìn)行復(fù)合，即可制備Si/TiO2復(fù)合材料；本發(fā)明專利技術(shù)的優(yōu)點在于：本發(fā)明專利技術(shù)充分利用稻殼資源的原料豐富，成本低廉的特點獲得Si，通過與TiO2溶膠凝膠溶液的復(fù)合制得的Si/TiO2負(fù)極材料，具其工藝流程短、重復(fù)性好、可操作性強的特點。將其作為鋰離子電池負(fù)極材料，可以改進(jìn)鋰離子電池的多種性能，同時可以提高對稻殼資源的綜合的利用效率，充分提高稻殼資源的經(jīng)濟價值。

A negative electrode material for lithium ion battery Si/TiO

The invention discloses a negative electrode material of a lithium ion battery Si/TiO

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種鋰離子電池負(fù)極材料Si/TiO2復(fù)合材料的制備方法
本專利技術(shù)涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，具體涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料Si/TiO2復(fù)合材料的制備方法。
技術(shù)介紹
我國稻殼資源豐富，對稻殼資源的利用也趨向多樣化，比如制作活性炭、水玻璃、用作水泥的添加劑以及養(yǎng)殖飼料等，但綜合利用率不高，產(chǎn)品經(jīng)濟價值偏低。通過研究人們發(fā)現(xiàn)，稻殼含有大約15%—20%的SiO2，這些SiO2經(jīng)過水稻植物作用之后具有高純、活性的特性，通過從稻殼中被還原的Si，更是保留了這些特點。此外，Si最為鋰離子電池負(fù)極材料具有如下特點（1）具有最高的理論容量Si:4200mAh/gC:376mAh/g（2）原料豐富、制備方法簡單（3）高機械強度、高散熱性（4）安全性好，不容易形成鋰枝晶。但同時Si負(fù)極材料也面臨著巨大的體積效應(yīng)導(dǎo)致循環(huán)壽命降低，以及會被傳統(tǒng)電解液腐蝕的缺點，而通過與TiO2進(jìn)行復(fù)合，不但可以改善鋰離子電池的充放電性能、增加其循環(huán)穩(wěn)定性，還可以提高了對稻殼資源利用的新途徑，創(chuàng)造經(jīng)濟價值，有著廣闊的應(yīng)用前景。NianLiu等通過對稻殼資源的預(yù)處理以及鎂熱還原法獲得納米多孔的硅，并獲得了優(yōu)異的比容量和較好的循環(huán)性能。ShanFang等通過合成SiO2球，然后與TiO2進(jìn)行復(fù)合，最后再通過鎂熱還原的方法，得到了TiO2包覆的Si球，作為鋰離子電池的負(fù)極材料，獲得優(yōu)異的循環(huán)性能。國內(nèi)專利號CN104037390A介紹了一種靜電紡絲的方法，制備出了一種硅/碳納米線負(fù)載二氧化鈦鋰電池負(fù)極材料，同時發(fā)揮了硅/碳納米線和二氧化鈦的優(yōu)勢，獲得較好循環(huán)的性能。國內(nèi)專利號CN104009235A使用稻殼資源，通過利用其中的硅、碳元素，制備出了一種多孔硅/石墨烯復(fù)合材料，作為鋰離子電池負(fù)極材料,具有較高的倍率性能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，現(xiàn)提供一種方法操作簡單，工藝流程短，成本低廉的鋰離子電池負(fù)極材料Si/TiO2復(fù)合材料的制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：一種鋰離子電池負(fù)極材料Si/TiO2復(fù)合材料的制備方法，其創(chuàng)新點在于：通過稻殼資源提取SiO2原料，然后利用鎂熱還原法將SiO2原料還原為Si，最后將Si與TiO2進(jìn)行復(fù)合，即可制備Si/TiO2復(fù)合材料；具體包括以下步驟：（1）用自來水將稻殼過濾清洗多次，然后在100℃-150℃下烘干；（2）將步驟（1）得到的稻殼加入HCl溶液中，在水浴恒溫90℃-100℃下攪拌3-5h，然后用去離子水在250目的篩網(wǎng)上過濾清洗3-5次，最后在100℃-150℃下烘干；（3）將步驟（2）得到的稻殼，在600℃下煅燒2-3h，將得到的產(chǎn)物在250目的篩網(wǎng)中過篩；（4）將步驟（3）得到的產(chǎn)物和100-200目Mg粉按照比例進(jìn)行球磨，然后在充滿Ar氣的手套箱中將混合料裝入不銹鋼管，并將其密封；（5）在Ar氣氛下，將步驟（4）的樣品加熱到650℃，并保溫3-5h，然后將產(chǎn)物在HCl溶液中浸泡5-10h，離心過濾，然后加入1-2ml的HF溶液，浸泡3-5min后離心過濾，最后將產(chǎn)物在40-60℃下真空烘干；（6）以鈦酸四丁酯、無水乙醇、冰醋酸、PVP原料配制A溶液，以無水乙醇、去離子水為原料配制B溶液，然后將B溶液緩慢滴加到A溶液中，得到TiO2溶膠凝膠溶液；（7）將Si加入到TiO2溶膠凝膠溶液中，室溫下攪拌30min-1h，然后在40℃-60℃烘干；（8）N2氣氛下，將步驟（7）的樣品加熱到700℃，并保溫2-3h，冷卻至至室溫后取出；（9）將步驟（8）的樣品、海藻酸鈉、SuperP混合均勻，加入少許水，充分?jǐn)嚢璩蓾{糊狀涂在銅箔上，在40℃-60℃下真空干燥10-15h，然后使用13mm沖孔器裁剪獲得電池極片，活性物質(zhì)的密度為0.5-1mg/cm2，在充滿Ar氣的在手套箱中，組裝成紐扣電池，電池型號為2032，電解液為1MLiPF6，然后用紐扣電池封裝機封裝，首次測試電流密度為100mA/g，之后均為200mA/g。進(jìn)一步的，所述步驟（2）的HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，所述稻殼質(zhì)量和HCl溶液的體積之比為1:15-20。進(jìn)一步的，所述步驟（4）中的產(chǎn)物Mg粉的摩爾比為1:2.2，所述球、磨料、溶劑的質(zhì)量比為3:1:2，所述溶劑為無水乙醇，所述球磨氣氛為Ar氣，轉(zhuǎn)速為300/rmin，時間為10-15h，密封件為不銹鋼管件。進(jìn)一步的，所述步驟（3）、（8）的升溫速率均為5℃/min，步驟（5）的升溫速率為1℃/min。進(jìn)一步的，所述步驟（6）、（7）中A溶液鈦酸四丁酯、無水乙醇、冰醋酸的體積比為1:10:1，B溶液中的無水乙醇、去離子水的體積比10:1，所述PVP與加入Si的質(zhì)量比為1:2。進(jìn)一步的，所述步驟（5）中的離心速率為8000r/min-10000r/min，離心時間為3-5min，HCl濃度為2mol/L，HF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%。進(jìn)一步的，所述步驟（8）中的步驟（7）的樣品和海藻酸鈉、SuperP的質(zhì)量比為60%:20%:20%。本專利技術(shù)的有益效果如下：本專利技術(shù)充分利用稻殼資源的原料豐富，成本低廉的特點獲得Si，通過與TiO2溶膠凝膠溶液的復(fù)合制得的Si/TiO2負(fù)極材料，具其工藝流程短、重復(fù)性好、可操作性強的特點。將其作為鋰離子電池負(fù)極材料，可以改進(jìn)鋰離子電池的多種性能，同時可以提高對稻殼資源的綜合的利用效率，充分提高稻殼資源的經(jīng)濟價值。附圖說明圖1是本專利技術(shù)實施例1制備得到的SiO2的XRD衍射圖譜；圖2是本專利技術(shù)實施例1制備得到的Si/TiO2的XRD的衍射圖譜；圖3是本專利技術(shù)實施例1制備得到的循環(huán)-比容量曲線；圖4是本專利技術(shù)自主裝不銹鋼密封件示意圖。具體實施方式以下由特定的具體實施例說明本專利技術(shù)的實施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本專利技術(shù)的其他優(yōu)點及功效。一種鋰離子電池負(fù)極材料Si/TiO2復(fù)合材料的制備方法，通過稻殼資源提取SiO2原料，然后利用鎂熱還原法將SiO2原料還原為Si，最后將Si與TiO2進(jìn)行復(fù)合，即可制備Si/TiO2復(fù)合材料；具體包括以下步驟：（1）用自來水將稻殼過濾清洗多次，然后在100℃-150℃下烘干；（2）將步驟（1）得到的稻殼加入HCl溶液中，在水浴恒溫90℃-100℃下攪拌3-5h，然后用去離子水在250目的篩網(wǎng)上過濾清洗3-5次，最后在100℃-150℃下烘干；HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，稻殼質(zhì)量和HCl溶液的體積之比為1:15-20。（3）將步驟（2）得到的稻殼，在600℃下煅燒2-3h，將得到的產(chǎn)物在250目的篩網(wǎng)中過篩；（4）將步驟（3）得到的產(chǎn)物和100-200目Mg粉按照比例進(jìn)行球磨，然后在充滿Ar氣的手套箱中將混合料裝入不銹鋼管，并將其密封；產(chǎn)物Mg粉的摩爾比為1:2.2，球、磨料、溶劑的質(zhì)量比為3:1:2，溶劑為無水乙醇，球磨氣氛為Ar氣，轉(zhuǎn)速為300/rmin，時間為10-15h，密封件為不銹鋼管件。（5）在Ar氣氛下，將步驟（4）的樣品加熱到650℃，升溫速率為1℃/min，并保溫3-5h，然后將產(chǎn)物在HCl溶液中浸泡5-10h，離心過濾，離心速率為8000r/min-10000r/min，離心時間為3-5min，HCl濃度為2mol/L，然后加入1-2ml的HF溶液，HF質(zhì)量分本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種鋰離子電池負(fù)極材料Si/TiO

【技術(shù)特征摘要】
1.一種鋰離子電池負(fù)極材料Si/TiO2復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：通過稻殼資源提取SiO2原料，然后利用鎂熱還原法將SiO2原料還原為Si，最后將Si與TiO2進(jìn)行復(fù)合，即可制備Si/TiO2復(fù)合材料；具體包括以下步驟：（1）用自來水將稻殼過濾清洗多次，然后在100℃-150℃下烘干；（2）將步驟（1）得到的稻殼加入HCl溶液中，在水浴恒溫90℃-100℃下攪拌3-5h，然后用去離子水在250目的篩網(wǎng)上過濾清洗3-5次，最后在100℃-150℃下烘干；（3）將步驟（2）得到的稻殼，在600℃下煅燒2-3h，將得到的產(chǎn)物在250目的篩網(wǎng)中過篩；（4）將步驟（3）得到的產(chǎn)物和100-200目Mg粉按照比例進(jìn)行球磨，然后在充滿Ar氣的手套箱中將混合料裝入不銹鋼管，并將其密封；（5）在Ar氣氛下，將步驟（4）的樣品加熱到650℃，并保溫3-5h，然后將產(chǎn)物在HCl溶液中浸泡5-10h，離心過濾，然后加入1-2ml的HF溶液，浸泡3-5min后離心過濾，最后將產(chǎn)物在40-60℃下真空烘干；（6）以鈦酸四丁酯、無水乙醇、冰醋酸、PVP原料配制A溶液，以無水乙醇、去離子水為原料配制B溶液，然后將B溶液緩慢滴加到A溶液中，得到TiO2溶膠凝膠溶液；（7）將Si加入到TiO2溶膠凝膠溶液中，室溫下攪拌30min-1h，然后在40℃-60℃烘干；（8）N2氣氛下，將步驟（7）的樣品加熱到700℃，并保溫2-3h，冷卻至至室溫后取出；（9）將步驟（8）的樣品、海藻酸鈉、SuperP混合均勻，加入少許水，充分?jǐn)嚢璩蓾{糊狀涂在銅箔上，在40℃-60℃下真空干燥10-15h，然后使用13mm沖孔器裁剪獲得電池極片，活性物質(zhì)的密度為0.5-1mg/cm2，在充滿Ar氣的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韓超偉，賀勁鑫，鄭媛媛，靳承鈾，薛馳，繆永華，
申請(專利權(quán))人：中天儲能科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32