[发明专利]一种硅或其氧化物@钛氧化物核壳结构复合材料及制备

说明书

本发明公开了硅或其氧化物@钛氧化物核壳结构复合材料，属于锂离子电池负极材料技术领域。复合材料为核壳双层结构，内层含有硅或其氧化物，外层含有钛氧化物，并且致密均匀地将内层包覆。本发明还公开了该复合材料的制备方法，将含有硅或其氧化物的粉体与表面活性剂加入反应器中与分散溶液混合，向其加入前驱体溶液，加热至包覆反应温度进行包覆反应，获得中间产物；将所述中间产物在惰性气氛的保护下进行焙烧，获得该复合材料。该复合材料具有易分散、Si含量高、导电性显著提高、比容量较高、循环稳定性好的特点。其制备过程简单、无污染、成本低、流程短、易于批量生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及硅或其氧化物@钛氧化物核壳结构复合材料及制备方法，可用于锂离子电池负极材料。

背景技术

硅作为最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一，具有高储量、低成本、理论比容量最高(4200mAh/g)的特点。对于硅基负极材料，主要的挑战是其在电化学反应中高的体积膨胀率(400％)对于整体结构产生具体破坏，造成容量迅速衰减。同时无论是纯Si或其氧化物SiO_x，其本身的电导率极低，也严重影响电化学性能。

利用包覆层制备核壳结构利用不同材料的特性进行扬长避短提高整体电化学用于锂离子电池的报道，近年来成为了关注的热点。钛氧化物作为一类高熔点材料，具有很好的耐高温特性。钛氧化物作为包覆层，在电化学反应中具有低膨胀率(4％)，同时具有很好的导电性和导离子性，被认为是很有潜力的包覆材料。现有的应用报道，如利用硅藻土作为Si源经过纯化处理制备多孔Si，再利用含Ti前驱体进行溶剂热反应进行包覆，对于改善电化学性能方面显示出了一定的效果(张瑛洁等，专利公开号：CN105845912A)。但现有方法存在以下问题：1)包覆条件较为苛刻，需要高温高压环境保证，同时需要用强酸强碱等一类强腐蚀性物质进行处理；2)包覆均匀性难以保证，会影响对内部活性物质膨胀作用的抑制效果，影响循环性能；3)采用固定床高温焙烧结晶，处理大量粉末时均匀性无法保证。

针对以上问题，本发明旨在提出一种硅或其氧化物@钛氧化物核壳结构复合材料及制备方法。不仅可以解决传统液相法中包覆条件苛刻、效率低的问题，同时能够使得包覆层均匀完全，焙烧一致性得到保证，制备出的复合材料具有易分散、Si含量易控制、导电性和导离子性显著提高、比容量较高、循环稳定性好的特点。该制备过程简单、无污染、成本低、流程短、易于批量生产。

发明内容

本发明实施例提供了一种硅或其氧化物@钛氧化物核壳结构复合材料及其制备方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明第一个方面是提供一种硅或其氧化物@钛氧化物核壳结构复合材料。

在一些示例性的实施例中，该复合材料为核壳双层结构，包含内层和外层；其中，该内层含有硅Si或其氧化物SiO_x，该外层含有钛氧化物TiO_x，所述外层致密且均匀的包覆该内层。

本文提供的硅或其氧化物@钛氧化物核壳结构复合材料，具有以下特点和技术效果：首先，外层钛氧化物可以均匀并致密地包覆于内层材料之上，避免因包覆均匀性差而引起的内部活性物质暴露的问题，以及因外层未致密包覆内层材料，使得包覆层持液量大副反应严重内部活性物质腐蚀问题的发生，进一步提升包覆层对内部活性物质在电化学反应中的保护效果。基于以上性能的提升，并经测试可知，该硅或其氧化物@钛氧化物核壳结构复合材料具有比容量高，高达700mAh/g，循环稳定性好，在1A/g恒流充放电的测试条件下，循环200圈容量保持率依然维持86％以上等优异的电化学性能。