[发明专利]一种有机钛硅聚合物热分解制备钛硅聚合氧化物复合锂离子电池负极材料的方法

说明书

本发明公开了一种通过有机钛硅聚合物热分解制备钛硅聚合氧化物复合锂离子电池负极材料的方法，其包括以下步骤：（1）将碳纳米管（CNT）、溶剂、有机二元醇、硅原酸酯和钛原酸酯混合后，加入有机胺为催化剂充分搅拌得到混合浆料M；（2）将混合浆料M放入反应釜中在一定温度下充分反应后，进行固液分离，取固体，然后干燥得到的固体，得前驱体S；（3）在惰性气体保护下煅烧前驱体S，得到Ti_nSi_(1‑n)O₂‑CNT复合锂离子电池负极材料。本发明方法制备的Ti_nSi_(1‑n)O₂‑CNT复合锂离子电池负极材料具有倍率性能好，循环稳定性高和比容量高的特点。

技术领域

本发明涉及一种从有机钛硅聚合物热分解制备钛硅聚合氧化物Ti_nSi_(1-n)O₂-CNT复合锂离子电池负极材料的方法，并把该材料用作锂离子电池的负极材料。

背景技术

随着社会发展以及人类对能源消耗需求的增加，电池作为新能源领域的重要组成部分，已成为全球经济发展的一个新热点。锂离子电池已经作为一种重要的储能设备被人们大范围的使用，无论是在电子通讯领域，还是在交通运输领域，它都担任着极为重要的角色，有着广泛的应用前景。

锂离子电池作为一种重要的储能装置，人们要求它具有高的能量密度和功率密度，而影响锂电池的能量密度和功率密度的关键因素是制作电池的正极材料和负极材料，所以要生产出符合要求的锂电池，就得有高性能的电极材料。

单质硅作为锂电池的负极材料，拥有较高的理论比容量(4200mAh/g)，且硅的地质储量丰富，硅无毒对环境的危害较小，所以随着电子设备、便携式设备和动力电池需求的增长，硅负极材料越来越受到人们的关注，然而硅负极材料的缺点是不稳定、体积膨胀、首次充放电效率低、功率密度低。这些缺点阻碍了它的实际应用，如体积膨胀，其在充电/放电过程中几乎达到其初始体积的300～400％。

TiO₂在充放电过程中体积变化不明显(如anatase小于4％)，使其能够应用于需求长循环寿命的储能装置中，然而TiO₂的导电性较差，理论容量低(335mAh/g)，严重的阻碍了Li⁺在TiO₂晶格内嵌入与脱嵌，导致晶格内活性位点的利用减少和材料比容量的损失。

发明内容

本发明得目的是为了能将硅的大容量、TiO₂的高稳定性和碳纳米的良好导电性集合在一起，制备出具有高度稳定性、大容量和大功率密度的负极材料；为了实现这个目标，在本发明中，采用硅原酸酯、钛原酸酯在碳纳米管存在下与多元醇类聚合形成固体聚合物，达到硅和钛在离子水平的均匀混合，形成固体金属有机聚合物，这些硅钛与二醇类的聚合物会包裹在碳纳米管的周围与碳纳米管形成紧密接触，然后在高温下在惰性气体保护下分解得到目标材料Ti_nSi_(1-n)O₂-CNT。本材料的制备过程包括以下步骤：

(1)将碳纳米管(CNT)、分散剂、多元醇、硅原酸酯和钛原酸酯搅拌混合均匀后，加入长链叔胺为催化剂充分搅拌得到混合浆体M；

(2)将混合浆料M放入反应釜中充分反应后，经过固液分离，取固体进行干燥得到固体前驱体S；

(3)在惰性气体保护下煅烧前驱体S，得到Ti_nSi_(1-n)O₂-CNT复合锂离子电池负极材料。