/c的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于新材料和电化学领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料Si0x-Ti02/C的制备方法。
技术背景
[0002]随着人类社会的不断发展，经济水平的不断提高，能源危机和环境污染问题也越发的凸显出来。目前经济的迅速发展是建立在大量的消耗传统不可再生化石矿物能源(煤炭，石油等)基础上，传统化石能源的不断消耗所带来的环境气候问题(温室效应，极端气候，城市生活中的雾霾等)以及化石矿物能源的日益枯竭问题迫使人们开始寻找可替代的新型能源，例如太阳能，风能，潮汝能，核能等等。然而对于新型能源来说，如风能，太阳能，潮汐能，其具有间歇式的特点难以被直接并入电网使用，因此开发先进的储能技术变得尤为重要。在化学电源储能系统中，锂离子电池作为新型的二次储能装置，其具有高的工作电压、高能量密度、循环寿命长以及环境友好等诸多优点，因此被广泛应用于便携式电子设备、航天航空以及军事等领域。但是目前商业化锂离子电池并不能满足日益增长的国防以及民用需求，尤其难以满足动力型锂离子电池以及储能系统中的能源需求，因此，中国乃至世界均将锂离子电池的发展提到了空前的高度，并投入了大量的资金来研究开发下一代锂尚子电池储能系统。
[0003]目前新型的锂离子电池负极材料的研究热点为具有高比容量的电极材料。氧化硅作为一种具有高比容量的电极材料开始受到研究学者的关注，氧化硅在首次放电过程中原位生成单质Si以及惰性的Li2O和Li4S14,惰性成分与活性Si互相分散，从而能够有效地缓冲Si体积膨胀的问题，改善循环稳定性。但是氧化硅材料的电子和离子电导仍然较低，这极大地限制了材料的电化学性能的发挥和其日后的发展应用。针对氧化硅负极材料存在的问题，目前研究中主要通过以下两种方法来改善其电化学性能:(I)构造出特殊结构，可以使活性物质在脱嵌锂过程中的体积变化更加均匀，同时还能缩短锂离子的扩散距离，提高电极反应速率，改善电极的循环性能。首尔大学的Byeong-Chul Yu研究组利用HF刻蚀娃氧化物的工艺制备出的多孔S1x基负极材料，在0.2C下稳定循环100次后可逆容量仍有1240mAhg_1 (Electrochimica Acta 117(2014):426-430);忠南大学的J1-Hyun Kim研究组利用静电纺丝技术制备出了均匀直径为50nm左右的C/S1x纳米线，0.1C下循环30次后稳定在360mAhg_1(Journal of Industrial and Engineering Chemistry 27(2015): 307-314); (2)制备氧化硅基复合材料，对S1x材料进行复合化处理可以有效降低硅活性相体积效应，同时可引入导电性好、体积效应小的活性或非活性缓冲基体，制备出多相复合负极材料，通过体积补偿、增加导电性等方式提高材料的长期循环稳定性。采用两步法合成出来的S1x/C复合负极材料，S1x材料外层包覆着无定形碳层，有效地降低S1x充放电过程中的体积效应，同时增强31(^材料的导电性，51(^/(:材料展示出良好的循环性能，在0.14 g—1下循环100次后可逆容量为674.8mAh g—HPHys.Chem.Chem.PHys.17(2015): 13451) ；Chenfeng Guo研究组制备出了一种具有三维结构的Si0x/C@RG0 (还原石墨烯)纳米复合负极材料，RGO的空间网络结构为S1x材料提供了良好的电子传输网络，增强其导电性。材料表现出良好的循环稳定性。在0.1A g—1下稳定循环100次后，容量仍高达1284mAh g—S当电流密度提升到3.2A g—1时，可逆容量仍有412.3mAh g—H J.Mater.Chem.A2(2014): 3521)。
[0004]可见，以上两种现有方法通过提高材料电子电导来提升材料的电化学容量及改善材料的电化学稳定性，但是，原料价格高，制备方法复杂，产率较低。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种锂离子电池负极材料Si0x-Ti02/C的制备方法，提高了材料的电子电导，提升材料的电化学容量，改善材料的电化学稳定性的同时，提高了材料的离子电导，解决了原料价格高，制备方法复杂，产率较低的问题。技术方案如下:
[0006]一种锂离子电池负极材料Si0x-Ti02/C的制备方法，包括以下步骤:
[0007](I)按照一定摩尔比称取分析纯的有机硅源、有机钛源以及有机碳源;将有机硅源加入去离子水和无水乙醇的混合液中并加入少量冰醋酸作为催化剂，搅拌一段时间后，用氨水调节溶液PH至碱性范围，得到混合液A;将有机钛源加入无水乙醇中搅拌一段时间，得到混合液B;
[0008](2)将混合液B加入混合液A中，搅拌一段时间后，在室温下静置一段时间，得到胶状混合液；
[0009](3)将胶状混合液与有机碳源混合后，进行机械球磨处理；
[0010](4)将机械球磨处理后的混合液烘干，得到前驱体；
[0011](5)将前驱体置于坩祸内，在惰性气体保护下煅烧，保温若干个小时后，随炉冷却到室温，得到核壳结构的Si0x-Ti02/C纳米复合负极材料。
[0012]其中，步骤(I)所述的一定摩尔比为有机硅源:有机钛源为1:0.1-0.5，有机硅源:有机碳源为1:0.2-0.7。
[0013]其中，步骤(I)所述的有机硅源为分子中含有硅-碳键的有机化合物(CH3)3S1(CH3)2S1nSi(CH3)3、(CH3)4S1、(C2H5)3SiCU (CH3)3Si0H、Si(0C2H5)4中的一种或几种。
[0014]其中，步骤(I)所述的有机钛源为分子中含有钛-碳键的有机化合物(C3H7O)4Ti和/
或(C4_4Ti0
[0015]其中，步骤(I)中所述的有机碳源为蔗糖、酚醛树脂、葡萄糖、淀粉中的一种或几种。
[0016]其中，步骤(I)中所述的碱性范围为pH值7-10，优选8-9。
[0017]其中，步骤(I)中所述的去离子水与无水乙醇的体积比为1:2-5。
[0018]其中，步骤(2)所述的静置一段时间为1-50小时，优选为10-40小时，更优选为SO-SO 小时。
[0019]其中，步骤(5)所述的煅烧的温度为700?1000°C，保温若干个小时为I_5小时，优选为2-3小时。
[0020]其中，步骤(5)所述的坩祸为石英坩祸、氧化锆坩祸、氧化铝坩祸、石墨坩祸中的一种，优选石英坩祸。
[0021]可见，本发明实施例提供的一种锂离子电池新型负极材料Si0x-Ti02/C的制备方法，采用溶胶凝胶法结合后续的机械球磨处理和煅烧处理，制备出具有核壳结构且为无定形形态的Si0x-Ti02/C新型纳米复合负极材料。通过在氧化娃体相内引入Ti02相，Ti02微晶均匀分散在S1x体相中，有效地提高了电子和锂离子在S1x体相内地传导能力，提高复合材料的电子电导同时还可以提高其离子电导，原料价格低廉、制备方法简单且产率高。
【附图说明】
[0022]图1是实施例1的Si0x-Ti02/C复合负极材料的形貌图；
[0023]图2是实施例1的Si0x-Ti02/C复合负极材料的首次充放电曲线图；
[0024]图3是实施例1的Si0x-Ti02/C复合电极材料的循环容量图；
[0025]图4是实施例1的Si0x-Ti02/C复合负极材料的倍率性能图。
【具体实施方式】
[0026]本发明实施例提供的一种锂离子电池新型负极材料Si0x-Ti02/C的制备方法，可以包括:
[0027](I)按照一定摩尔比称取分析纯的有机硅源、有机钛源以及有机碳源;将有机硅源溶解于去离子水和无水乙醇的混合液中并加入少量冰醋酸作为催化剂，搅拌一段时间后，用氨水调节溶液PH至碱性范围，得到混合液A;将有机钛源溶于无水乙醇中搅拌一段时间后，得到混合液B;