一种三步法制备石墨烯掺杂/碳包覆钛酸锂复合负极材料的方法.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CN105826547A(43)申请公布日2016.08.03(21)申请号201610319118.X(22)申请日2016.05.15(71)申请人河北工业大学地址300130天津市红桥区丁字沽光荣道8号河北工业大学330#(72)发明人张永光王卓李海鹏(74)专利代理机构天津翰林知识产权代理事务所(普通合伙)12210代理人赵凤英(51)Int.Cl.H01M4/485(2010.01)H01M4/587(2010.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种三步法制备石墨烯掺杂/碳包覆钛酸锂复合负极材料的方法(57)摘要本发明为一种三步法制备石墨烯掺杂/碳包覆钛酸锂复合负极材料的方法，包括以下步骤：将乳酸锂、二氧化钛和石墨烯浸没于无水乙醇中配制成浆料，放于球磨罐中球磨6-8h，然后在60-90℃下干燥12-30h，再置于管式炉中惰性气氛下分段恒温固相烧结：首先在250-350℃下保温1-2h,然后在500-700℃下保温1-5h，最后在800-900℃下保温6-20h，得到石墨烯掺杂/碳包覆钛酸锂复合负极材料。本发明中的碳包覆方法克服了当前技术中专门引入其他碳源产生的成本高、相不纯等不足，并且引入石墨烯掺杂，利用石墨烯优良的电化学性能对钛酸锂材料进行改性，因而利用该复合材料可以提高锂离子电池电化学性能和倍率性能。CN105826547ACN105826547A权利要求书1/1页1.一种三步法制备石墨烯掺杂/碳包覆钛酸锂复合负极材料的方法，其特征为包括以下步骤：（1）将乳酸锂、二氧化钛和石墨烯浸没于无水乙醇中配制成浆料，放于球磨罐中球磨6-8h，得到浆体；质量比为乳酸锂：二氧化钛：石墨烯=1：1-2：0.1-0.3；（2）将上步得到的浆体在60-90℃下干燥12-30h，得到干燥的混合物；（3）将干燥后的混合物于管式炉中惰性气氛下分段恒温固相烧结：首先在250-350℃下保温1-2h,然后在500-700℃下保温1-5h，最后在800-900℃下保温6-20h，完成烧结后在惰性气氛下冷却至室温取出，得到石墨烯掺杂/碳包覆钛酸锂复合负极材料。2.如权利要求1所述的三步法制备石墨烯掺杂/碳包覆钛酸锂复合负极材料的方法，其特征为所述的惰性气氛为氩气或氮气。2CN105826547A说明书1/4页一种三步法制备石墨烯掺杂/碳包覆钛酸锂复合负极材料的方法技术领域[0001]本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用的石墨烯掺杂/碳包覆钛酸锂复合负极材料的制备方法。技术背景[0002]目前随着全球性石油紧缺与气候环境的不断恶化，人类社会发展面临着严峻的挑战。作为新能源走进生产生活的重要环节，从小型电子装置所需的微电池到大的电动车动力电源，锂离子电池作为一种新型储能器件，当前国内外很多科研机构和企业在争相研究。锂离子电池以其工作电压高，能量密度大，循环寿命长，充电效率高，对环境适应能力强等优点正得到越来越广泛的应用。随之而来的，对锂离子电池的要求也在不断提高，传统锂离子电池已不能满足人类的需求，因此高比能、高安全性、高使用寿命及低成本的下一代锂离子电池成为人们研究的热点，对现有锂离子电池的改进也势在必行。[0003]尖晶石型钛酸锂(Li4Ti5O12)理论比容量为175mAh/g，电压平台为1.5V左右。钛酸锂负极材料具有原材料资源丰富、成本低廉、安全性能好、无污染、制备容易等优点，作为锂电池负极材料具有良好的应用前景。但钛酸锂的导电率和离子传导率低，使其在大电流充放电过程中比容量下降的较快，因此，钛酸锂作为锂电池的负极材料，锂电池的倍率特性和循环性能较差，这两点不足严重制约了钛酸锂的商业化应用。[0004]提高钛酸锂倍率性能和循环性能的方法有将钛酸锂与碳材料、金属或纳米材料等材料相复合。在碳材料中，石墨烯因为其优异的性能而在科学界引起了广泛的关注。石墨烯是一种二维单分子层材料，具有较高的导电率，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·S。此外，石墨烯具有比表面积大(理论比表面积为2630㎡/g)、电子导电性较高、机械强度高、化学性能稳定的优点，是理想的电极材料。近年来人们将石墨烯引入到锂离子电池材料中，以解决锂离子迁移慢，电极的电子传导性差、大倍率充放电下电极与电解液间的电阻率增大等问题。在钛酸锂中掺入一定量的石墨烯，形成导电网络，该导电网络非常有利于提高钛酸锂作为锂离子电池负极材料时的倍率性能和循环性能。[0005]目前，大多数制备钛酸锂-石墨烯复合材料所采用的原料种类过多，在反应中难以生成钛酸锂纯相，不适于大规模商业化生产。例如，CN104600278A