本发明涉及电池材料，具体涉及一种钛酸钇锂-硅碳复合材料及其制备方法和应用。
背景技术：
1、随着能源需求的不断增长，锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命等优点在便携式电子设备、电动汽车等领域得到了广泛应用。
2、硅碳复合材料作为锂离子电池负极材料，具有较高的理论比容量和良好的循环性能。目前基于合金型反应的硅负极具备高比容量(3579mah g-1，li3.75si)和低嵌锂电位(0.3v对li+/li)，且无枝晶问题，是构建锂电池的重要负极选择。但常温循环及倍率充放电下硅巨大的体积膨胀(>300％)导致电解液与硅的副反应会加剧，循环性能极差。
3、氧化物负极材料作为目前电化学性能最优异的结构体系，具有较低的工作电压、较好稳定性和较大倍率性能，但现有氧化物负极存在本征电子电导率低、界面兼容性差、较低的比容量等问题。
4、综上所述，现有技术的负极材料各具缺陷，现提供一种新型的钛酸钇锂-硅碳复合材料来克服上述问题。
技术实现思路
1、本发明是为了解决现有的负极材料无法同时满足高循环稳定性和倍率性能，以及低体积膨胀率的技术问题，目的在于提供一种钛酸钇锂-硅碳复合材料及其制备方法和应用，通过核壳包覆结构设计与表层非晶碳包覆提高了复合材料的结构稳定性，硅膨胀效应得到了有效的限制，提升了循环及倍率性能。
2、本发明通过下述技术方案实现：
3、本发明的第一个目的在于提供一种钛酸钇锂-硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
4、制备硅碳材料，所述硅碳材料包括天然石墨、羧甲基纤维素、导电炭黑、单壁碳纳米管和纳米硅；
5、将钛源、钇源、锂源、分散剂、包覆剂加入溶剂中进行混合，超声分散，制得钛酸钇锂前驱体溶液；
6、将硅碳材料投入钛酸钇锂前驱体溶液中混合均匀，放置水热釜中，水热温度为120-250℃，水热反应1-2h，过滤干燥后烧结，制得钛酸钇锂-硅碳复合材料。
7、进一步地，所述硅碳材料的制备方法为：
8、按质量比将天然石墨、羧甲基纤维素、导电炭黑和单壁碳纳米管干混，制得第一混合粉体；
9、按质量比将纳米硅与第一混合粉体干混，制得第二混合粉体；
10、将粉体b投入球磨机中，进行两次研磨，烧结后过筛除磁，制得硅碳材料。
11、进一步地，所述研磨介质为高铬钢、碳钢、氧化锆、玛瑙球中的任意一种，第一次研磨时，研磨介质与第二混合粉体的质量比为(5-30):1，第二次研磨时，研磨介质与第二混合粉体的质量比为(10-20):1。
12、进一步地，所述天然石墨、羧甲基纤维素、导电炭黑、单壁碳纳米管和纳米硅的质量比为(90-100):(1-3):(0.5-2.5):(1-3):(5-15)。
13、进一步地，所述钛源选自钛酸四丁酯、四氯化钛、钛酸异丙酯中的一种或多种；所述钇源选自氧化钇、草酸钇、氟化钇中的一种或多种；所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂中的一种或多种；所述分散剂选自pvdf、pvp中的一种或多种；所述包覆剂选自葡萄糖、蔗糖、柠檬酸中的一种或多种。
14、进一步地，所述钛源、钇源和锂源中，钛元素、钇元素和锂元素的摩尔比为1:1:(1.05-1.15)；所述包覆剂与锂源质量比为1:(3.5-5)。
15、进一步地，所述钛源与硅碳材料质量比为1:(100-200)。
16、本发明的第二个目的在于提供一种钛酸钇锂-硅碳复合材料，由前述的方法制备得到。
17、进一步地，所述钛酸钇锂-硅碳复合材料由内到外包括碳硅材料层、钛酸钇锂层和非晶碳层。
18、本发明的第三个目的在于提供所述钛酸钇锂-硅碳复合材料在锂离子电池中的应用。
19、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
20、1.本发明通过水热法在微米硅碳粉体外层包覆了一层均匀的钛酸钇锂&非晶碳材料。因钛酸钇锂充放电电位平台约0.3v，与硅碳材料接近，且具有零应变效应，材料本征强度高，不易变形，锂离子嵌脱过程中无体积膨胀，力学性能好，包覆在硅碳材料表面可有效限制硅膨胀效应，从而降低硅膨胀粉化效应，提高循环寿命；非晶碳层大幅提高了界面导电能力，具有表面吸附效应，电池循环过程中，锂锂离子脱嵌能力主要取决于电极材料表面导电能力，表面导电能力强可快速吸附带电离子，提供快速的嵌脱通道，可提高基体材料倍率性能，且非晶碳层在钛酸钇锂的基础上进一步对硅碳材料进行包裹，进一步限制了循环膨胀。
21、2.本发明制备工艺简单，步骤能耗较低(烧结温度较低)，材料尺寸通过二次研磨降低至微米级，外壳包覆均匀，结构稳定，可吸收大量膨胀应力。
22、3.本发明制备的钛酸钇锂-硅碳复合材料通过核壳包覆结构设计与表层非晶碳包覆提高了复合材料的结构稳定性，硅膨胀效应得到了有效的限制，提升了循环及倍率性能，复合材料克比容量可达600mah/g。
1.一种钛酸钇锂-硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种钛酸钇锂-硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅碳材料的制备方法为：
3.根据权利要求2所述的一种钛酸钇锂-硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述研磨介质为高铬钢、碳钢、氧化锆、玛瑙球中的任意一种，第一次研磨时，研磨介质与第二混合粉体的质量比为(5-30):1，第二次研磨时，研磨介质与第二混合粉体的质量比为(10-20):1。
4.根据权利要求1所述的一种钛酸钇锂-硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述天然石墨、羧甲基纤维素、导电炭黑、单壁碳纳米管和纳米硅的质量比为(90-100):(1-3):(0.5-2.5):(1-3):(5-15)。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种钛酸钇锂-硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述钛源选自钛酸四丁酯、四氯化钛、钛酸异丙酯中的一种或多种；所述钇源选自氧化钇、草酸钇、氟化钇中的一种或多种；所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂中的一种或多种；所述分散剂选自pvdf、pvp中的一种或多种；所述包覆剂选自葡萄糖、蔗糖、柠檬酸中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的一种钛酸钇锂-硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述钛源、钇源和锂源中，钛元素、钇元素和锂元素的摩尔比为1:1:(1.05-1.15)；所述包覆剂与锂源质量比为1:(3.5-5)。
7.根据权利要求5所述的一种钛酸钇锂-硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述钛源与硅碳材料质量比为1:(100-200)。
8.一种钛酸钇锂-硅碳复合材料，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述方法制备得到。
9.根据权利要求8所述的一种钛酸钇锂-硅碳复合材料，其特征在于，所述钛酸钇锂-硅碳复合材料由内到外包括碳硅材料层、钛酸钇锂层和非晶碳层。
10.如权利要求8所述的钛酸钇锂-硅碳复合材料在锂离子电池中的应用。
