[发明专利]一种原位合成金红石TiO2介晶与石墨烯复合物的方法

说明书

技术领域

本发明属于电极材料制备领域，具体涉及一种原位合成金红石TiO₂介晶与石墨烯复合物的方法。

背景技术

锂离子电池是20世纪90年代出现的绿色高能环保电池，由于具有突出的优点而有着广泛的应用。目前，锂离子电池及其关键材料已成为世界各国关注的一个科技和产业焦点，也是我国政府非常重视开发和运用的能源之一，先后被列入国家中长期发展规划。尤其是适用于电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)的锂离子动力电池的开发更是成为近年来新能源领域中最热门、发展最迅速的研究领域。现在工业上常用的负极材料有金属锂、碳材料、Li₄Ti₅O₁₂等。但由于金属锂和碳材料存在安全性能隐患和倍率性能差以及Li₄Ti₅O₁₂合成困难等缺点，限制了其大规模应用。TiO₂是目前研究最为热门的锂离子电池负极材料之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原位合成金红石TiO₂介晶与石墨烯复合物的方法，其制备方法简单，成本低廉，能耗低，重现性好，所制得锂离子电池具有很高的比容量和长程循环稳定性，还表现出优异的倍率充放电性能，具有广阔的商业前景。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种原位合成金红石TiO₂介晶与石墨烯复合物的方法包括以下步骤：

（1）将十二烷基苯磺酸分散于硝酸溶液中；

（2）待形成均匀的乳液后，滴加氧化石墨烯溶液，搅拌均匀，最后滴入钛酸四丁酯，继续搅拌均匀；

（3）经水热反应、离心、洗涤、烘干，制得金红石TiO₂介晶与氧化石墨烯复合物；

（4）将金红石TiO₂介晶与氧化石墨烯复合物分散在水中，经水热反应、离心、洗涤、烘干后，得到金红石TiO₂介晶与石墨烯复合物。

步骤（1）中十二烷基苯磺酸的加入量为0.5-5 mL；硝酸溶液的浓度为0.5-6 mol/L。

步骤（2）中氧化石墨烯的加入量为5-40 mg，钛酸四丁酯的加入量为0.5-2 mL。

步骤（3）所述水热反应温度为50-90 ℃，反应时间为3-72 h。

步骤（4）所述水热反应温度为120-180 ℃。

所述的金红石TiO₂介晶与石墨烯复合物用于组装锂离子电池：将金红石TiO₂介晶与石墨烯复合物、聚偏氟乙烯和乙炔黑按质量比为8:1:1混合研磨均匀涂在铜箔上，待干燥后作为负极，将金属锂作为正极，将LiPF₆/EC-EMC-DMC溶液作为电解液，在手套箱中组装成锂离子电池。

所述LiPF₆/EC-EMC-DMC溶液中LiPF₆的浓度为1 mol/L，其中EC、EMC与DMC的体积比为1:1:1。

本发明的显著优点在于：

（1）本发明提供了一种原位合成金红石TiO₂介晶与石墨烯复合物的方法，该方法操作简单，成本低廉，能耗低，重现性好，具有良好的应用价值。

（2）制得的金红石TiO₂介晶与石墨烯复合物做为锂离子电池的负极，组装得到的锂离子电池具有很高的比容量和长程循环稳定性，在电流密度为3.4 A/g时充放电循环1000圈容量保持在150 mA h/g以上，具有优越的长循环性能；同时，其还表现出优异的倍率放电性能，即使在电流密度为6.8 A/g时其充放电容量也能稳定在139.6 mA h/g。

附图说明

图1为实施例1所制得的金红石TiO₂介晶与石墨烯复合物扫描电镜图和透射电镜图。

图2为将实施例1所制得的金红石TiO₂介晶与石墨烯复合物组装成的锂离子电池在不同倍率下充放电的循环性能曲线（1C=170 mA/g）。

具体实施方式

实施例1

一种金红石TiO₂介晶与石墨烯复合物的制备方法，包括以下步骤：

1）将0.68 mL十二烷基苯磺酸分散于70 mL 2 mol/L硝酸溶液中；

2）待形成均匀的乳液后，滴加2 mL氧化石墨烯溶液（5 mg/mL），搅拌均匀，最后滴入0.68 mL钛酸四丁酯，继续搅拌均匀；