[发明专利]一种锂离子电池用钛酸锂/M-石墨烯复合负极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种锂离子电池用钛酸锂/M-石墨烯复合负极材料，其特征在于：所述复合负极材料是在钛酸锂表面复合石墨烯和金属纳米微粒得到的，所述复合负极材料的化学式为Li₄Ti₅O₁₂/M-Graphene,简记为LTO/M-G，所述的金属纳米微粒用M表示，所述的M为银纳米微粒、铜纳米微粒中的一种。

2.一种锂离子电池用钛酸锂/M-石墨烯复合负极材料的制备方法，其特征在于：所述复合负极材料是由合成的钛酸锂与氧化石墨烯、金属盐或金属碱混合,经还原剂还原制备得到的，具体包括如下步骤：

(1)将氧化石墨加入到溶剂中进行超声分散0.5-2h，使片层分散开，得到氧化石墨烯胶体溶液，超声后得到的氧化石墨烯胶体溶液的浓度为1.8-2.2g/L;

(2)将纯相钛酸锂溶于无水乙醇中，得到白色的乳浊液，在磁力搅拌器上快速搅拌，将步骤（1）获得的氧化石墨烯胶体溶液加入其中，充分搅拌后，再将金属盐或金属碱溶液和适量的还原剂加入其中，调节体系的pH值为碱性，继续快速搅拌0.5-2h，所述的白色的乳浊液的浓度为0.08-0.12g/mL；

(3)将步骤（2）得到的乳浊液移至不锈钢高压釜中，在60℃-150℃下连续反应5-24h，冷却到室温后进行离心、洗涤、干燥，即可得到钛酸锂/M-石墨烯复合负极材料；

所述的金属盐为AgNO₃，所述的金属碱为现制备的Cu(OH)₂；

所述金属盐或金属碱的还原剂可以为葡萄糖、甲醛、乙醛、水合肼。

3.根据权利要求2所述的锂离子电池用钛酸锂/M-石墨烯复合负极材料的制备方法，其特征在于：所述的氧化石墨为改进的Hummer方法制取得到，所述的纯相钛酸锂由水热法制备而得。

4.根据权利要求2所述的锂离子电池用钛酸锂/M-石墨烯复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯的复合用量为钛酸锂质量的1%-5%，所述金属盐或金属碱的用量为钛酸锂质量的2%-4%。

5.根据权利要求2所述的锂离子电池用钛酸锂/M-石墨烯复合负极材料的制备方法，其特征在于，氧化石墨烯的还原剂可以为水合肼、硼氢化钠、无水乙醇、乙二醇中的一种或几种。

6.根据权利要求2所述的锂离子电池用钛酸锂/M-石墨烯复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨的溶剂可以为去离子水、无水乙醇、乙二醇中的一种或几种。

7.根据权利要求2所述的锂离子电池用钛酸锂/M-石墨烯复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述的水热法制备纯相钛酸锂包括以下步骤：

a．将锂源化合物溶于去离子水中，配制成1-4mol/L的含Li⁺的溶液A,将钛源化合物溶于无水乙醇中，两者体积比为1:(1-5)，形成溶液B，快速搅拌下，将A溶液慢慢滴加到溶液B中，然后继续搅拌1-2h;

b.将产生的白色乳浊液转移至聚四氟乙烯反应釜中，在130-200℃下连续反应8-36h后，用去离子水或无水乙醇进行离心洗涤，然后在60-80℃下干燥，得到前驱体；

c．将所述前驱体在空气气氛下于500-800℃下煅烧2-12h后得到的白色粉末即为制得的纯相钛酸锂;

所述钛源化合物为钛酸丁酯、钛酸四异丙酯、TiO₂-B中的一种；

所述锂源化合物为氢氧化锂、醋酸锂、碳酸锂、有机锂中的一种；

所述锂源中的Li和钛源中的Ti之间的摩尔比为4.3:5。

8.根据权利要求2所述的锂离子电池用钛酸锂/M-石墨烯复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述的改进的Hummer方法制备氧化石墨，具体包括以下步骤：

（1）将3-4份石墨粉和17-18份的高锰酸钾混合放入到烧瓶中，将浓硫酸和浓磷酸按照体积比为9:1的比例混合后得到混合酸，将一定量的混合酸加入到烧瓶中，快速搅拌，所述石墨粉和混合酸的质量体积比g/mL为3:380-420；

（2）将上述混合物在50-70℃下连续搅拌8-24h；

（3）再将上述混合物冷却到室温，缓慢倒入事先冷冻好的冰块上，此冰块是由400份水和8-10份的浓度为30%的过氧化氢溶液组成的，静置一段时间直至冰块完全融化；

（4）再用水、稀盐酸、乙醇分别清洗后干燥得到氧化石墨。