[发明专利]一种锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种锂离子电池负极材料及其制备方法，锂离子电池负极材料为钛酸锂和还原氧化石墨烯的复合物。具体制备过程是在制备好的球形钛酸锂溶液中加入氧化石墨烯，然后在此溶液中再加入葡糖糖作为粘结剂，经过简单搅拌混合最终制备出复合物。本发明的锂离子电池负极材料不仅充分继承了球形钛酸锂和氧化石墨烯作为负极材料的优良性能，而且更多的提高了电池的容电量和充放电速率，这也就实现了现代社会对电池的高要求，有利于锂离子电池负极材料在工业生产上的推广应用，实现该类负极材料的实用化和商品化。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池负极材料配方的改进及其制备方法。

背景技术

锂离子电池一直是最重要和备受关注的能量储存设备之一。锂离子电池常用的应用一直专注于便携式设备。可再充电电池的重要性更突出的是在各种类型的电动汽车或储能系统。然而，商用锂离子电池仍然不能满足那些大型电源的需求，并遇到必须突破的安全性和长期稳定性等方面的问题。虽然作为负极材料石墨是最常用的，但是它表现出由于低的工作电压引起锂的枝晶生长的严重安全问题。尖晶石钛酸锂是可替代负极材料中最有前途的一种材料，因为它表现出在高的工作电压下具有优异的锂离子嵌入/嵌出的可逆性，近乎零体积变化和特殊的稳定性。尽管有这些优点，钛酸锂的商业化仍然是有限的，因为其固有的绝缘性，使得不能充分利用其优点。在过去的几年里，花费了大量精力在研究提高电子的导电性，其中包括设计独特的钛酸锂纳米粒子形态和碳物质传导的引入。石墨烯拥有非常好的导电性，大的表面积，化学的稳定性和结构上的灵活性，利用它良好的基础建立二维的能源储存和转换。目前，大规模的生产钛酸锂/还原氧化石墨烯复合材料还是一项挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单高效的方法，既能有效继承钛酸锂和还原氧化石墨烯作为负极材料的优点，又能克服钛酸锂的自身缺点，制备出具有高倍率性能的负极材料的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种锂离子电池负极材料，所述的锂离子电池负极材料为球形钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)和还原氧化石墨烯(RGO)的复合物。所述的复合物主要为球形结构的钛酸锂附着在具有片层褶皱状的还原氧化石墨烯上。

一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将Ti(OC₄H₉)₄溶液和乙醇混合，为溶液A。醋酸锂溶解到去离子水中,为溶液B。在剧烈搅拌的条件下，溶液B缓慢滴加到溶液A中。在80～110℃条件下反应1～5h。随后在120～150℃时干燥3～5h，除去剩余的有机物和水并产生白色的前驱体。

2)将白色的前驱体在马弗炉温度为650～700℃条件下，煅烧6～8h，得到球形钛酸锂。

3)在球形钛酸锂水溶液中加入氧化石墨烯，然后再加入葡萄糖得混合溶液C，将得混合溶液C在室温下进行搅拌反应，搅拌时间在15～30h，洗涤，干燥后，在N₂气氛下，于500～750℃下煅烧10～15h，制得目标产物。

优选地，上述制备方法，包括如下步骤：

1)将Ti(OC₄H₉)₄溶液和乙醇先用1:45～50摩尔比混合，为溶液A。醋酸锂溶解到去离子水中,为溶液B。在剧烈搅拌的条件下，溶液B按照化学计量缓慢滴加到溶液A中。在90～100℃条件下反应1～3h。随后在120～150℃时干燥3～5h，除去剩余的有机物和水并产生白色的前驱体。

2)将白色的前驱体在马弗炉温度为650～700℃条件下，煅烧6～8h，得到球形钛酸锂。