多孔硅和硅钛合金的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106450248A(43)申请公布日2017.02.22(21)申请号201611008298.6(22)申请日2016.11.16(71)申请人陕西盛迈石油有限公司地址710065陕西省西安市高新区沣惠南路36号橡树街区1号楼10610室(72)发明人王耀斌(74)专利代理机构西安亿诺专利代理有限公司61220代理人贾苗苗(51)Int.Cl.H01M4/38(2006.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书1页说明书2页(54)发明名称多孔硅和硅钛合金的制备方法(57)摘要本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种多孔硅和硅钛合金的制备方法。多孔硅和硅钛合金的制备方法，包括如下步骤：（1）Ti-SiO2的制备；（2）多孔硅及硅钛合金复合材料的制备。本发明镁热还原后所得复合材料的循环性能和倍率性能比单质硅材料有很大提高。电池循环稳定性和倍率性能更好，而且能够得到较高的可逆容量。一方面，多孔硅和硅钛合金的多孔结构为硅材料在充放电过程中的体积膨胀提供了缓冲空间，从而改善了电池负极材料的循环性能；另一方面，硅钛合金的导电性提高了导电率，加快了充放电过程中电子的传递速率；分散均匀的硅钛合金又为硅材料的体积膨胀提供了支撑骨架，提高材料的循环稳定性及倍率性能。CN106450248ACN106450248A权利要求书1/1页1.多孔硅和硅钛合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）Ti-SiO2的制备：分别以硅酸四乙酯和TiCl3作为硅源和钛源，嵌段共聚物P123为结构导向剂制备TTi-SiO2；具体合成步骤为：室温条件下，将2gP123溶于60mLpH值为1.8的盐酸溶液中，搅拌4h待P123溶解后，在40℃恒温条件下加入硅酸四乙酯4.6mL，预水解6h后，按Si与Ti的元素摩尔比为25和2的比例分别加入相应量的TiCl3；继续搅拌24h后，转移至聚四氟乙烯高压反应釜中，80℃老化24h；反应结束后自然冷却至室温，过滤，干燥后再550℃煅烧6h，得到前驱体Ti-SiO2；（2）多孔硅及硅钛合金复合材料的制备：将Ti-SiO2和Mg粉装入石英管内，在真空条件下通过氢氧焰将石英管密封，将密封石英管置于管式炉中650℃下还原6h，升温速率为5℃／min，将反应生成物溶于体积比为1／10的盐酸／乙醇溶液中浸泡4h，除去反应副产物氧化镁等，经去离子水、乙醇溶液反复洗涤、过滤并在100℃下真空干燥后得到多孔硅和硅钛合金。2.根据权利要求1所述的多孔硅和硅钛合金的制备方法，其特征在于：所述的Mg粉中，n(Mg)／n(SiO2)=2.5。3.根据权利要求1所述的多孔硅和硅钛合金的制备方法，其特征在于：所述的盐酸的质量分数为37％。2CN106450248A说明书1/2页多孔硅和硅钛合金的制备方法技术领域[0001]本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种多孔硅和硅钛合金的制备方法。背景技术[0002]硅材料具有容量高、脱嵌锂电位低、与电解液反应活性低、储量丰富、成本低等优点，是非常有前途的锂离子电池负极材料。然而硅材料在脱嵌锂过程中伴随巨大的体积变化以及较差的导电性，导致电池循环稳定性较差，容量衰减较快，限制了硅材料在锂离子电池方面的广泛应用。[0003]改善硅基材料的循环稳定性及倍率性能成为近年的研究热点之一。研究表明，引入导电性好、体积效应小的活性或非活性缓冲基体，制备多相复合硅负极材料，通过体积补偿、增加导电性等方式可以提高材料的长期循环稳定性。[0004]以镁热还原法制备硅材料，于较低温度下，以金属镁作为还原剂，将三维纳米结构SiO2还原为微孔纳米晶硅纳米颗粒，还原所得纳米硅材料可完美继承前驱体的初始形貌，按照气-固反应进行。[0005]镁热还原法所需温度远低于传统碳还原法，有效地降低制备成本且所制备的硅材料纯度相对较高。发明内容[0006]本发明旨在提出一种多孔硅和硅钛合金的制备方法。[0007]本发明的技术方案在于：多孔硅和硅钛合金的制备方法，包括如下步骤：（1）Ti-SiO2的制备：分别以硅酸四乙酯和TiCl3作为硅源和钛源，嵌段共聚物P123为结构导向剂制备TTi-SiO2；具体合成步骤为：室温条件下，将2gP123溶于60mLpH值为1.8的盐酸溶液中，搅拌4h待P123溶解后，在40℃恒温条件下加入硅酸四乙酯4.6mL，预水解6h后，按Si与Ti的元素摩尔比为25和2的比例分别加入相应量的TiCl3；继续搅拌24h后，转移至聚四氟乙烯高压反应釜中，80℃老化24h；反应结束后自然冷却至室温，过滤，干燥后再550℃煅烧6h，得到前驱体Ti-SiO2；（2）多孔硅及硅钛合金复合材料的制备：将Ti-SiO2和Mg粉装入石英管内，在真空条