[发明专利]钛酸锂-石墨烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钛酸锂‑石墨烯复合材料及其制备方法和应用，该方法包括：(1)将石墨烯粉体与功能化试剂进行混合，以便得到功能化石墨烯；(2)将所述功能化石墨烯进行分散，以便得到石墨烯分散液；(3)将钛酸酯和聚合物与锂盐进行混合，以便得到聚合物包裹的钛酸锂纳米颗粒；(4)将所述石墨烯分散液与所述聚合物包裹的钛酸锂纳米颗粒进行高温煅烧，以便得到钛酸锂‑石墨烯复合材料。该材料为钛酸锂/石墨烯/钛酸锂的三明治结构，作为锂电池的负极材料可显著改善负极倍率特性。

技术领域

本发明属于电极材料领域，具体而言，本发明涉及钛酸锂-石墨烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯具有高导电、导热性、低电阻率、高强度和硬度，以及易与其他材料合成的双面开放的结构特性。石墨烯与锂离子电池的正极材料复合，可以增加电极材料的比表面积、改善导电率，从而提高材料的有效容量。与金属氧化物复合可以增加材料的导电率，由于石墨烯本身的结构特性可以避免金属氧化物在充放电过程中的体积膨胀，从而增加材料的稳定性，提高材料的充放电寿命。现阶段，石墨烯本身质量难以达到无缺陷和100％的单层率，导致石墨烯锂离子电池的性能无法达到预期的性能。

因此，现有石墨烯运用于锂电池的技术有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种钛酸锂-石墨烯复合材料及其制备方法和应用。该材料为钛酸锂/石墨烯/钛酸锂的三明治结构，作为锂电池的负极材料可显著改善负极倍率特性。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备钛酸锂-石墨烯复合材料的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：

(1)将石墨烯粉体与功能化试剂进行混合，以便得到功能化石墨烯；

(2)将所述功能化石墨烯进行分散，以便得到石墨烯分散液；

(3)将钛酸酯和聚合物与锂盐进行混合，以便得到聚合物包裹的钛酸锂纳米颗粒；

(4)将所述石墨烯分散液与所述聚合物包裹的钛酸锂纳米颗粒进行高温煅烧，以便得到钛酸锂-石墨烯复合材料。

根据本发明实施例的制备钛酸锂-石墨烯复合材料的方法，该方法采用功能化石墨烯与聚合物包裹的钛酸锂纳米颗粒通过自下而上的自组装工艺，形成有序的钛酸锂/石墨烯/钛酸锂的三明治结构，同时通过精确控制钛酸锂颗粒的纳米级尺寸，既能够增加钛酸锂在石墨烯上的负载量，又能够缩短锂离子在钛酸锂中的传输距离，加之石墨烯的高导电性能，显著改善了钛酸锂-石墨烯复合材料的倍率特性。

另外，根据本发明上述实施例的制备钛酸锂-石墨烯复合材料的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述石墨烯粉体与所述功能化试剂的质量比为(20～80):1。由此，有利于提高钛酸锂-石墨烯复合材料的性能。

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述功能化试剂为选自羧甲基纤维素、氨基苯基醇和亚硝酸异戊酯中的至少之一。由此，可进一步提高钛酸锂-石墨烯复合材料的性能。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，将所述功能化石墨烯进行分散是按照下列步骤进行的：将所述功能化石墨烯进行球磨处理，然后将球磨后功能化石墨烯超声分散溶于水/乙醇溶液中，其中，基于1g所述功能化石墨烯，所述水/乙醇溶液的用量为9～19ml。由此，可进一步提高钛酸锂-石墨烯复合材料的性能。

在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述钛酸酯和所述聚合物与所述锂盐的质量比为(80～90)：1：(10～20)。

由此，可进一步提高钛酸锂-石墨烯复合材料的性能。