[发明专利]石墨烯/钛氧化物复合材料制作方法及其应用方法

说明书

本发明涉及一种应用于锂硫电池正极插层中的复合材料合成及其制作方法，尤其是一种石墨烯/钛氧化物复合材料制作方法及其应用方法。制备方法是将钛氧化物和石墨烯混合溶于有机溶剂形成浆料，再涂刷在锂硫正极材料表面。该制备方法，操作简单，成本低，且能有效地抑制在锂硫电池中聚硫离子的“穿梭效应”，大大提高了电池的容量和循环性能。

技术领域

本发明涉及一种应用于锂电池正极材料中的复合材料及其制作方法，尤其是一种石墨烯/钛氧化物复合材料制作方法及其应用方法。

背景技术

随着锂离子二次电池在便携式产品以及电动车、混合动力车中的广泛应用，开发高能量密度的新型锂离子电池材料显得尤其紧迫。由于传统锂离子正极材料电池是过渡金属嵌层化合物，其电池能量密度很难大幅度提高。在众多高容量材料中，单质硫是最有前景的正极材料之一，硫与金属锂构成的电池体系为双电子反应：S+2Li＝Li2S，其理论比容量高达1675mAh/g,理论比能量高达2600Wh/kg。除此之外，单质硫在自然界中储量丰富，低毒，价格低廉，这使得其成为一种非常具有吸引力的正极材料。

针对锂硫电池面临的难点，如硫导电性差，放电过程多硫化物的生成以及体积膨胀等，目前国内外对于锂硫电池的研究大部分着眼于，对电池正负极材料的改性研究，虽然取得了许多优秀的成果。但是对于正极碳材料或者负极锂片的改性，往往制备工艺复杂，成本较高。因此，部分学者在不改变锂硫电池主体机构的基础上，适当对锂硫电池结构加以改性，使电化学性能提高，为锂硫电池的研究发展开辟了新的方向。经检索相关文献和专利，Su等采用“binder-free”碳纳米管圆形薄片作为中间插层置于锂硫电池正极与隔膜之间，用来阻挡和捕获硫正极在放电过程中产生的多硫化物，同时该碳纳米管圆形薄片进一步促进了电池的导电性，在1C的电流密度下，100次循环后还剩下800mAh/g的放电比容量，同时充放电效率基本维持在98％，相比不加该碳纳米管中间层的电池，其容量与循环性能有了很大程度提高。(Y-S Su,A Manthiram.Chem.Commun.,2012,48,8817–8819)另外，成会明课题组采用石墨烯作为集电器，将活性物质硫涂刷在该集电器上，另外在与活性材料接触一面的隔膜上采用真空抽滤法沉积一石墨烯薄层，通过这种方法，减轻了整个电池质量，增大了全电池能量密度，同时，在1.5A/g的电流密度下，300次循环以后还剩下将近700mAh/g的放电比容量，该电池的循环性能及容量保持率有了大幅度提升。(G.Zouetal.Adv.Mater.,2013,26,625-631)上述采用的改变电池结构方法，均改善了锂硫电池的一些电化学性能，但是从中发现，上述方法存在成本高或者操作工艺繁琐复杂等问题，不利于其工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种工艺简单、成本低的石墨烯/钛氧化物复合材料制作方法。

本发明的进一步目的在于，通过将石墨烯/钛氧化物复合材料作为锂硫电池正极插层膜，提供一种提高锂硫电池放电容量和循环性能的石墨烯/钛氧化物复合材料应用方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

(1)按质量比为(1-10)：100称取钛氧化物和石墨烯，按含量为0.1-40％质量配比混合溶于有机溶剂中。

(2)搅拌并通过超声分散均匀，形成浆料。

进一步设置是所述步骤(1)中石墨烯为单层石墨烯、寡层石墨烯、多层石墨烯片，氧化石墨烯中的一种，该钛氧化物为一氧化钛，二氧化钛，三氧化二钛中的一种；

进一步设置是所述步骤(1)中钛氧化物颗粒尺寸为1-100nm；

进一步设置是所述步骤(1)中有机溶剂为NMP，乙醇，丙酮中的一种；

进一步设置是所述步骤(2)中烘干之后所形成的薄层质量为整个正极材料的5％-50％；