[发明专利]一种锂离子电池负极材料Si/TiO2复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法，具体涉及一种锂离子电池负极材料Si/TiO₂复合材料的制备方法。

背景技术

我国稻壳资源丰富，对稻壳资源的利用也趋向多样化，比如制作活性炭、水玻璃、用作水泥的添加剂以及养殖饲料等，但综合利用率不高，产品经济价值偏低。通过研究人们发现，稻壳含有大约15%—20%的SiO₂，这些SiO₂ 经过水稻植物作用之后具有高纯、活性的特性，通过从稻壳中被还原的Si，更是保留了这些特点。此外，Si最为锂离子电池负极材料具有如下特点（1）具有最高的理论容量 Si:4200mAh/g C:376mAh/g（2）原料丰富、制备方法简单（3）高机械强度、高散热性（4）安全性好，不容易形成锂枝晶。但同时Si负极材料也面临着巨大的体积效应导致循环寿命降低，以及会被传统电解液腐蚀的缺点，而通过与TiO2进行复合，不但可以改善锂离子电池的充放电性能、增加其循环稳定性，还可以提高了对稻壳资源利用的新途径，创造经济价值，有着广阔的应用前景。

Nian Liu等通过对稻壳资源的预处理以及镁热还原法获得纳米多孔的硅，并获得了优异的比容量和较好的循环性能。

Shan Fang等通过合成SiO₂球，然后与TiO₂进行复合，最后再通过镁热还原的方法，得到了TiO₂包覆的Si球，作为锂离子电池的负极材料，获得优异的循环性能。

国内专利号CN104037390 A介绍了一种静电纺丝的方法，制备出了一种硅/碳纳米线负载二氧化钛锂电池负极材料，同时发挥了硅/碳纳米线和二氧化钛的优势，获得较好循环的性能。国内专利号CN104009235 A 使用稻壳资源，通过利用其中的硅、碳元素，制备出了一种多孔硅/石墨烯复合材料，作为锂离子电池负极材料,具有较高的倍率性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，现提供一种方法操作简单，工艺流程短，成本低廉的锂离子电池负极材料Si/TiO₂复合材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种锂离子电池负极材料Si/TiO₂复合材料的制备方法，其创新点在于：通过稻壳资源提取SiO₂原料，然后利用镁热还原法将SiO₂原料还原为Si，最后将Si与TiO₂进行复合，即可制备Si/TiO₂复合材料；具体包括以下步骤：

（1）用自来水将稻壳过滤清洗多次，然后在100℃-150℃下烘干；

（2） 将步骤（1）得到的稻壳加入HCl溶液中，在水浴恒温90℃-100℃下搅拌3-5h，然后用去离子水在250目的筛网上过滤清洗3-5次，最后在100℃-150℃下烘干；

（3）将步骤（2）得到的稻壳，在600℃下煅烧2-3h，将得到的产物在250目的筛网中过筛；

（4）将步骤（3）得到的产物和100-200目Mg粉按照比例进行球磨，然后在充满Ar气的手套箱中将混合料装入不锈钢管，并将其密封；

（5）在Ar气氛下，将步骤（4）的样品加热到650℃，并保温3-5h，然后将产物在HCl溶液中浸泡5-10h，离心过滤，然后加入1-2ml的HF溶液，浸泡3-5min后离心过滤，最后将产物在40-60℃下真空烘干；

（6）以钛酸四丁酯、无水乙醇、冰醋酸、PVP原料配制A溶液，以无水乙醇、去离子水为原料配制B溶液，然后将B溶液缓慢滴加到A溶液中，得到TiO₂溶胶凝胶溶液；

（7）将Si加入到TiO₂溶胶凝胶溶液中，室温下搅拌30min-1h，然后在40℃-60℃烘干；

（8）N₂气氛下，将步骤（7）的样品加热到700℃，并保温2-3h，冷却至至室温后取出；

（9）将步骤（8）的样品、海藻酸钠、Super P混合均匀，加入少许水，充分搅拌成浆糊状涂在铜箔上，在40℃-60℃下真空干燥10-15h，然后使用13mm冲孔器裁剪获得电池极片，活性物质的密度为0.5-1 mg/cm²，在充满Ar气的在手套箱中，组装成纽扣电池，电池型号为2032，电解液为1M LiPF₆，然后用纽扣电池封装机封装，首次测试电流密度为100mA/g，之后均为200mA/g。