[发明专利]碳修饰铌酸钛材料的制备方法、碳修饰铌酸钛材料、锂离子电容器及其负极浆料有效

专利信息
申请号: 201711309732.9 申请日: 2017-12-11
公开(公告)号: CN108183039B 公开(公告)日: 2020-11-06
发明(设计)人: 张海涛;刘奥;张锁江 申请(专利权)人: 中国科学院过程工程研究所
主分类号: H01G11/30 分类号: H01G11/30;H01G11/50;H01G11/38;H01G11/86;H01G11/06
代理公司: 北京方安思达知识产权代理有限公司 11472 代理人: 陈琳琳;张红生
地址: 100190 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 修饰 铌酸钛 材料 制备 方法 锂离子 电容器 及其 负极 浆料
【说明书】:

发明公开了一种碳修饰的铌酸钛材料的制备方法及在锂离子电容器中的应用。本发明采用溶剂热法制备铌酸钛和改性多孔石墨烯复合电极材料。本发明中铌酸钛复合材料在离子液体凝胶电解质中具有高能量密度、高功率密度和高倍率等优异性能,且离子液体凝胶电解质有效的拓宽了锂离子电容的电化学窗口,从而提高了锂离子电池的能量密度和耐高压性能。本发明工艺简单、操作方便、低成本,原料价格低廉、生产成本低,易放大。

技术领域

本发明属于储能材料技术领域,涉及一种高性能碳修饰铌酸钛材料的制备方法、碳修饰铌酸钛材料、锂离子电容器及锂离子电容器的负极浆料。

背景技术

尽管锂离子电容器在最近几年内取得了明显的进展,但是开发出安全性能高、高能量密度高功率密度和低成本的超级电容器仍然是研究的热点。尤其是近年来铌酸钛作为一种能源储存材料而广泛的应用于超级电容器和锂离子电池。铌酸钛用于锂离子电容器负极材料具有相对较高的氧化还原电位,有效的避免了锂枝晶的形成,提高了锂离子电容器的安全性能,其理论比容量高达387mAh g-1,远大于钛酸锂(175mAh g-1),具备了较好的应用基础。且铌酸钛同时还拥有较好的大倍率充放电性能和循环性能是一种理想的锂离子电容器负极材料。铌酸钛优秀的电化学性能已得到国内外知名学者的肯定,但仍存在一些问题有待解决,比如其导电性能差等。

而石墨烯的导电性较高,同时既能够吸附静电用于超级电容器,又可以嵌入锂离子用作锂电池负极,已经被广泛应用于各种储能设备中。因此将石墨烯与铌酸钛进行复合,既可以提高其电子电导率,又有利于电解液离子在电极中的高速扩散,还能够提供一部分电池容量,大幅度提高其能量密度和功率密度。而改性石墨烯,能够有效的提高了材料的导电性,增多了其活性位点,增大了其比表面结从而提高材料的循环性能和倍率性能。并且其具有多孔结构,易于电子和离子的传输,从而能够提高了铌酸钛复合材料的整体性能。因此研究如何提高铌酸钛的导电性,从而改善材料的性能,对扩大铌酸钛材料的应用具有重要的意义。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种高性能碳修饰铌酸钛材料的制备方法及一种新的高性能碳修饰铌酸钛材料。

本发明首先提供了一种碳修饰的铌酸钛材料的制备方法,包括如下的步骤:

1)将等摩尔比钛源和铌源溶于有机溶剂,加入草酸进行充分搅拌得到混合溶液;

2)将氧化石墨烯粉体或其溶液加入步骤1)所得混合溶液,充分混合均匀后得到均一的悬浊液;

3)加热步骤2)所得的悬浊液然后自然冷却至室温,得到沉淀物,将所得的所述沉淀物洗涤干燥后得到铌酸钛和石墨烯的复合前驱体;

4)将步骤3)所得的复合前驱体分散到水中,后加入双氧水,在均匀分散后进行水热反应,得到改性石墨烯包覆铌酸钛复合材料前驱物质;

5)对步骤4)所得的前驱物进行热处理,得到碳修饰的铌酸钛材料。

作为上述方法一种更好的选择,所述钛源和铌源加入时的摩尔比最好相等。

作为上述方法一种更好的选择,步骤1)得到的混合溶液中钛源和铌源的浓度为0.1mmol-10mol/L。

作为上述方法一种更好的选择,步骤1)中所述有机溶剂包括乙醇、乙二醇和异丙醇中的一种或多种。

作为上述方法一种更好的选择,步骤1)中所述铌源包括氟化铌、乙醇铌、五氯化铌、草酸铌、草酸铌氨中的一种或多种的混合物。

作为上述方法一种更好的选择,步骤1)中所述钛源为四异丙醇钛、四氯化钛、硫酸钛、钛酸丁酯中的一种或多种的混合物。

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