[发明专利]钛酸锌/还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法及其应用于锂离子电容器

说明书

本发明属于纳米复合材料技术领域，涉及一种钛酸锌/还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，首先以溶剂热法制得钛酸锌微米花，然后配制钛酸锌微米花悬浮液A、石墨烯溶液B；将悬浮液A与溶液B混合均匀后得悬浮液C；冷冻干燥，得到钛酸锌/氧化石墨烯纳米复合材料，在5%H₂/Ar混合气氛中200～400℃煅烧0.5～2 h，即得。本发明将预锂化的钛酸锌/还原氧化石墨烯作为锂离子混合超级电容器的负极活性物质，合成方法简单，反应前后无污染并且成本较低。石墨烯良好的导电性能可以提高电子的传输效率。应用于锂离子电容器，输出电压可达到4.5 V，较大幅度地提高锂离子电容器的能量密度，兼具锂离子电池的高能量密度特性和双电层电容器的高功率密度特性。

技术领域

本发明属于纳米复合材料技术领域，涉及纳米复合材料的制备，尤其涉及一种钛酸锌/还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法及其应用于锂离子电容器。

背景技术

锂离子电容器是一种新型储能器件，它既有锂离子电池高能量密度的优点，又具有超级 电容器高功率密度优势。锂离子电容器的两极采用不同的电极材料，一极是电池型材料，主 要提供较高的能量密度，常见的电池型材料种类主要有过渡金属氧化物、金属氮化物等，这 些材料通常具有层状或隧道结构，有利于离子的插层；另一极是电容器型材料，主要提供较 高的功率密度。

常见的电容器型种类主要有活性炭、石墨烯等碳材料，这些材料多具有较高 的比表面积，有利于离子的吸附脱附。

钛酸锌是一种过渡金属钛基氧化物，具有较大的比表面积、较好的电化学稳定性以及较高的理论容量能等优点，可以作为锂离子电容器的负极材料使用。但是，钛酸锌的本征电导率和离子传输率不高，使得其电化学性能受到限制。还原氧化石墨烯具有较大的比表面积和较高的导电性，可以很好的弥补钛酸性导电性差的不足。

本发明将还原氧化石墨烯可控均匀地包覆在钛酸锌表面，有效地提高了纳米复合材料的导电性，并降低了钛酸锌和还原氧化石墨烯自团聚问题，使得纳米复合材料的反应活性位点充分暴露，从而使得纳米复合材料的容量和电化学稳定性显著提高。将钛酸锌/还原氧化石墨烯纳米复合材料预锂化后与具有双电层电容性能的碳材料匹配，组装成锂离子电容器，其工作输出电压可以达到4.5 V，功率密度和能量密度得到明显提升，具有一定的实际应用前景。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种钛酸锌/还原氧化石墨烯（Zn₂Ti₃O₈/rGO）纳米复合材料的制备方法。

技术方案

一种钛酸锌/还原氧化石墨烯（Zn₂Ti₃O₈/rGO）纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

A、 溶剂热制备钛酸锌（Zn₂Ti₃O₈）微米花，将锌源、钛源和沉淀剂溶解在乙二醇中，然后将钛酸锌前驱体溶液转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，120～220℃反应8～24 h，优选200℃反应12 h；冷却至室温；沉淀物离心分离，固体用去离子水和无水乙醇各洗涤数次，60～80℃真空干燥2～5 h，即得钛酸锌（Zn₂Ti₃O₈）微米花；

B、 将钛酸锌（Zn₂Ti₃O₈）微米花分散在去离子水中，超声分散均匀后得到质量浓度为1 g/L悬浮液A；超声分散，配制0.5 g/L氧化石墨烯水溶液，得到溶液B；

C、 将悬浮液A与溶液B按体积比1：4～2：1，优选2：1混合均匀后得悬浮液C；