[发明专利]一种石墨烯-钛酸锂复合材料及其制备方法、补锂石墨烯-钛酸锂薄膜、锂电池

说明书

本发明涉及一种石墨烯‑钛酸锂复合材料及其制备方法、补锂石墨烯‑钛酸锂薄膜、锂电池，属于钛酸锂电池制备技术领域。本发明的石墨烯‑钛酸锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)在石墨烯薄膜表面沉积锂盐，得改性石墨烯薄膜；2)将步骤1)所得改性石墨烯薄膜置于钛源溶液中于60～80℃条件下反应1～6h，得石墨烯‑钛酸锂前驱体；3)将步骤2)所得的石墨烯‑钛酸锂前驱体于600～900℃煅烧6～12h，即得。本发明的制备方法，原料简单，容易操作，在石墨烯上沉积的锂盐与二氧化钛反应生成钛酸锂，可以使石墨烯与钛酸锂之间的结合力更强，提高锂离子的传输速率及倍率性能。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯-钛酸锂复合材料及其制备方法、补锂石墨烯-钛酸锂薄膜、锂电池，属于钛酸锂电池制备技术领域。

背景技术

钛酸锂电池因其独特的优点而应用于快充电池、大倍率电池及超低温锂离子电池，上述优点包括：1)钛酸锂是一种零应变材料，在满充与满放时体积几乎不发生变化，可避免在循环过程中体积变化造成的容量衰减，因此以钛酸锂作为阳极活性物质的锂离子电池，比以石墨、锡硅合金作为阳极活性物质的锂离子电池具有更长的循环寿命；2)钛酸锂相对于锂的电位约为1.55V，远大于析锂电位，因此不会出现像石墨那样因析锂而造成的安全问题；3)以钛酸锂作为阳极活性物质的锂离子电池相对于以石墨作为阳极活性物质的锂离子电池具有更好的安全性能和低温性能，且能够进行大倍率的充电和放电。而钛酸锂所用电解液的溶质为六氟磷酸锂，溶剂为乙烯碳酸酯、二甲基碳酸酯和乙基甲基碳酸酯的多元混合物，但是其存在在大倍率充放电过程中锂离子的含量不足的缺陷，造成其锂离子的传输数量偏少，倍率性能偏差，同时其在高温储存时锂离子电池胀气，影响其使用性能。现有技术中有通过补锂技术提高锂离子的数量。

申请公布号为CN106159236A的中国发明专利公开了一种快速充电钛酸锂复合负极极片，主要通过钛酸锂极片补锂提高钛酸锂极片中锂离子含量，并提高其钛酸锂快速充电能力，但是由于补锂层在钛酸锂电芯中分布不均匀，造成其大倍率充放电过程热量分布不均匀，造成安全性能隐患，同时补锂化合物导电性偏差，造成锂离子及其电子传输速率偏差，影响其倍率性能的进一步发挥。

申请公布号为CN103219168A的中国发明专利公开了一种Li₄Ti₅O₁₂/石墨烯复合电极材料及其制备方法，该Li₄Ti₅O₁₂/石墨烯复合电极材料由以下几种原料通过原位固相法合成：碳包覆的二氧化钛、石墨烯，以及锂源，其中锂与钛的摩尔比为0.8～0.88:1；所述石墨烯占钛酸锂/石墨烯复合电极材料总重量的 1.0％～15％。但是该专利公开的Li₄Ti₅O₁₂/石墨烯复合电极材料制备的电池的首次放电容量及首次效率仍有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯-钛酸锂复合材料的制备方法，该制备方法得到的石墨烯-钛酸锂复合材料导电性能高、离子传输率快且倍率性能优异。

本发明的第二个目的在于提供一种石墨烯-钛酸锂复合材料。

本发明的第三个目的在于提供一种补锂石墨烯-钛酸锂薄膜，为锂离子电池充放电过程中提供充足的锂离子，从而提高其循环性能。

本发明的第四个目的在于提供一种锂电池，该锂电池倍率性能优异且循环性能好。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种石墨烯-钛酸锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)在石墨烯薄膜表面沉积锂盐，得改性石墨烯薄膜；

2)将步骤1)所得改性石墨烯薄膜置于钛源溶液中于60～80℃条件下反应 1～6h，得石墨烯-钛酸锂前驱体；