[发明专利]锂电池负极材料二氧化硅/二氧化钛复合气凝胶的制备

说明书

技术领域

本发明属于新能源材料和电化学技术领域，涉及一种二氧化硅/二氧化钛复合气 凝胶的制备方法；以及二氧化硅/二氧化钛复合气凝胶的用途，即作为一种锂离子电池中的 一种新型负极材料。

背景技术

能源是人类生存和发展的重要物质基础，是从事各种经济活动的原动力，也是社 会经济发展水平的重要标志。锂离子电池由于其容量高、能量密度大、造价低廉、循环寿命 长、工作电压高等优点，成为当今最具潜力的能量储存体系之一，并已得到广泛运用。电极 材料的性能直接决定了锂离子电池的性能，因此寻求高性能的电极材料意义重大。

气凝胶是由超细微粒聚结构成的轻质多孔性纳米结构材料，其特有的纳米尺寸颗 粒与纳米孔洞结构使它拥有许多独特的性质，二氧化硅气凝胶具有较高的孔洞率，孔洞的 典型尺寸为1～100nm。气凝胶具有较好的机械性能，可以承受相当于自身质量几千倍的压 力，因而其在耐高温隔热材料、高效高能电极、声阻抗藕合材料气体吸附和分离膜、高效催 化剂及其载体等方面有了广泛的用途。

二氧化硅和二氧化钛具有比石墨负极更高的理论比容量，是目前锂离子电池的负 极材料的研究重点。然而在循环过程中二氧化硅和二氧化钛的体积改变效应引起磨碎效 应，导致容量衰减过快的问题是限制其应用的主要瓶颈。二氧化硅气凝胶和二氧化钛气凝 胶是由纳米颗粒组成，气凝胶的三维网络结构和纳米尺寸效应能够改善其离子传输性能； 而且复合气凝胶具有较高的孔隙率，可以有效避免循环过程中体积改变效应引起磨碎效 应,改善其循环稳定性；同时二氧化钛具有更高的电子传导和离子传输性能，能够进一步改 善二氧化硅/二氧化钛复合气凝胶的电子传导和离子传输性能，最终得到具有高的充放电 比容量和较好的循环稳定性的锂离子电池新型负极材料二氧化硅/二氧化钛复合气凝胶。 综上所述，锂离子电池新型负极材料二氧化硅/二氧化钛复合气凝胶具有优异的电化学性 能，是一种具有广阔应用前景的新型锂离子电池负极材料。

发明内容

本发明提供了一种二氧化硅/二氧化钛复合气凝胶的制备方法，同时把其应用于 新型的高比容量和优良循环稳定性的锂离子电池负极材料。主要目的在于通过控制气凝胶 中二氧化钛和二氧化硅的微观结构和质量比，得到一种新型高性能的锂离子电池负极材 料。

为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案：锂电池

负极材料二氧化硅/二氧化钛复合气凝胶的制备，其特征在于：制备方法一：将硅酯、钛 酯和溶剂混合溶液（溶液A）和乙醇/水酸混合溶液（溶液B）搅拌下混合，并通过盐酸调节PH 值得到完全澄清透明的前驱体溶液C；将碱溶液缓慢滴加上述前驱体溶液C，并控制PH值得 到二氧化硅/二氧化钛复合水溶胶；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；制备方法二：首先按上述步骤制备二氧化硅气凝胶，然后将二氧化硅气凝 胶加入钛酯、乙醇和去离子水的混合溶液中，在连续搅拌下，控制PH值使部分钛酯水解的二 氧化钛沉积在二氧化硅气凝胶上形成二氧化硅/二氧化钛复合气凝胶。按照二氧化硅/二氧 化钛复合气凝胶：乙炔黑：聚偏氟乙烯=8:1:1(质量比)的比例准确称取样品，倒入玛瑙研钵 中充分研碎，将研磨均匀的粉末倒入预先加入N-甲基吡咯烷酮和聚偏氟乙烯的称量瓶中， 并加入磁子，在恒温加热磁力搅拌器中搅拌24h，以铜片为集流体，用涂布制备器均匀地涂 一层150μm厚的薄膜于极片上，然后放置于真空干燥箱中，70⁰C真空干燥24h，将干燥完的集 流片用粉末压片机进行压实，然后用打孔器进行打孔，然后用分析天平准确称取极片的质 量，以锂片为正极，二氧化硅/二氧化钛复合气凝胶材料为负极，隔膜选择Celgard2400标 准膜，电解液选用1M的六氟磷酸锂溶液，选用2016型的纽扣电池壳，其组装过程在氧气 与水指标低于1ppm的手套箱中进行，氩气保护。将组装好的扣式电池放置于25⁰C的环境中 静止24h,将组装好的扣式电池进行恒流充放电测试。