一种锂离子电池硅/钛-铌氧化物复合负极材料的制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池电极材料制备技术领域，具体涉及一种锂离子电池硅/钛

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池硅/钛
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铌氧化物复合负极材料的制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池电极材料制备
，具体涉及一种锂离子电池硅/钛
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铌氧化物复合负极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，新型移动设备、人工智能设备等的高速发展对锂离子电池技术提出了更高的要求，而负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，在很大程度上决定了锂离子电池的容量与循环性能。硅，因其比容量高、成木低廉、环境友好等优势而受到关注，成为有望替代石墨的新型负极材料一。但硅材料严重的体积效应、较差的导电性限制了其实际应用和持续发展。
[0003]目前出现众多的负极材料当中，硅基负极材料被认为是最有希望来取代商业石墨负极的候选材料之一。硅基材料作为锂离子电池负极材料具有以下优点:理论最高比容量(～4200mA h/g)、低工作电压(～0.4Vvs.Li/Li
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)、丰富的自然资源等。但是，随着循环锂的嵌入/脱嵌会导致电极的体积急剧膨胀(300％)，从而导致电极材料出现严重的粉碎、分离和电导率下降，这将导致容量快速下降和硅负极的循环寿命下降。除了对硅本身进行纳米改性之外，还可以与硅复合或合金以缓解体积变化，提高电导率。
[0004]有鉴于此，有必要提供一种新的锂离子电池负极材料的制备方法，以缓冲硅在充放电过程中的体积效应，改善硅颗粒的电接触。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种锂离子电池硅/钛
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铌氧化物复合负极材料的制备方法，通过制备以硅为增强体，钛
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铌氧化物为基体材料的硅/钛
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铌氧化物复合材料，在硅颗粒周围构建起应力缓冲层与离子交换层，以缓冲硅在充放电过程中的体积效应，改善硅颗粒的电接触。
[0006]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现：
[0007]一种锂离子电池硅/钛
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铌氧化物复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]1)按配比称取硅粉、五氯化铌和钛酸异丙酯原料，放入烧杯并加入酒精混合；
[0009]2)将烧杯置于磁力搅拌器上，加入磁籽用适当温度蒸发，蒸发至得到干燥的前驱体；
[0010]3)将前驱体倒入坩埚中，将坩埚放入充满氩气的管式炉中，在835～900℃的温度下煅烧4.5～5.5h；待煅烧产物冷却至室温后取出，得到硅/钛
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铌氧化物复合材料；
[0011]4)将得到的复合材料用玛瑙研钵充分研磨均匀，然后将研磨后的复合材料、乙炔黑和海藻酸钠按质量比6:2:2混合，得到浆料状的负极材料。
[0012]进一步地，如上所述锂离子电池硅/钛
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铌氧化物复合负极材料的制备方法，步骤1)中，所述硅粉为纳米硅粉，其粒径大小为200～300nm。
[0013]进一步地，如上所述锂离子电池硅/钛
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铌氧化物复合负极材料的制备方法，步骤
1)中，所述硅粉、五氯化铌和钛酸异丙酯的质量比为2～4:2:1。
[0014]进一步地，如上所述锂离子电池硅/钛
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铌氧化物复合负极材料的制备方法，步骤1)中，所述酒精与钛酸异丙酯的配比关系为200～400ml/g。
[0015]进一步地，如上所述锂离子电池硅/钛
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铌氧化物复合负极材料的制备方法，步骤2)中，蒸发温度控制在60～70℃。
[0016]进一步地，如上所述锂离子电池硅/钛
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铌氧化物复合负极材料的制备方法，步骤3)中，在850℃的温度下煅烧5h。
[0017]进一步地，如上所述锂离子电池硅/钛
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铌氧化物复合负极材料的制备方法，步骤3)中，管式炉的升温速率为3℃/min，煅烧完成后的降温速率为
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3℃/min。
[0018]进一步地，如上所述锂离子电池硅/钛
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铌氧化物复合负极材料的制备方法，步骤4)中，海藻酸钠作为水性粘结剂，其加入形式为质量分数2.9～3.2％的海藻酸钠溶液。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020]1、本专利技术提供的制备方法设计科学合理，首次使用钛
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铌氧化物这种材料与硅复合，这是之前所有专利或文献报导中没有的，提供了钛
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铌氧化物与硅复合的一种可能性。采用高温固相法应用于目前的生产过程中，提高了过程的简便性和实现了大规模生产的可能性。
[0021]2、本专利技术制备的硅/钛
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铌氧化物复合材料，不同于碳材料，钛
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铌氧化物具有区别于硅材料的较高的脱嵌锂电位，其电压平台出现在1.5～2V之间，而硅的电压平台则在0.6V以下，因此，当复合材料在0～1.5V的电压窗口下进行电化学脱嵌锂反应时，复合材料中只有容量较高的硅参与脱嵌理过程，而基体材料则不发生脱嵌理过程，这样更有利于缓冲硅在充放电过程中的体积效应。另外，相对于基体材料同样不发生脱嵌理过程的硅/惰性金属复合，由于硅/钛
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铌氧化物复合材料在制备过程中，硅与氧具有良好的亲和性，硅会与氧原子结合而发生氧化还原反应，硅与钛
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铌氧化物基体材料间氧原子的转移有利于得到具有更强界面结合力的复合材料，保证了锂离子扩散路径的连续性。
[0022]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术实施例1中所制备的硅/钛
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铌氧化物复合材料的扫描电镜图以及能谱表征；
[0025]图2为本专利技术实施例1～3中所制备的硅/钛
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铌氧化物复合材料和纳米硅粉为负极材料的半电池首圈充放电曲线；
[0026]图3为本专利技术实施例1～3中所制备的硅/钛
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铌氧化物复合材料和纳米硅粉为负极材料的半电池循环寿命图；
[0027]图4为本专利技术实施例1～3中所制备的硅/钛
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铌氧化物复合材料和纳米硅粉为负极材料的半电池倍率性能图；
[0028]图5为本专利技术实施例1～3中所用硅粉的扫描电镜图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]本专利技术的具体实施例如下：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池硅/钛
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铌氧化物复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)按配比称取硅粉、五氯化铌和钛酸异丙酯原料，放入烧杯并加入酒精混合；2)将烧杯置于磁力搅拌器上，加入磁籽用适当温度蒸发，蒸发至得到干燥的前驱体；3)将前驱体倒入坩埚中，将坩埚放入充满氩气的管式炉中，在835～900℃的温度下煅烧4.5～5.5h；待煅烧产物冷却至室温后取出，得到硅/钛
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铌氧化物复合材料；4)将得到的复合材料用玛瑙研钵充分研磨均匀，然后将研磨后的复合材料、乙炔黑和海藻酸钠按质量比6:2:2混合，得到浆料状的负极材料。2.根据权利要求1所述的锂离子电池硅/钛
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铌氧化物复合负极材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述硅粉为纳米硅粉，其粒径大小为200～300nm。3.根据权利要求1所述的锂离子电池硅/钛
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铌氧化物复合负极材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述硅粉、五氯化铌和钛酸异丙酯的质量比为2～4:2:...

【专利技术属性】
技术研发人员：马扬洲，周经纬，宋广生，
申请(专利权)人：南京径祥新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：