[發明專利]鈦酸鋰和石墨烯納米復合電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310084453.2
• 申請日: 2013-03-18
• 公開（公告）號: CN103151509A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 黎陽;謝華清
• 申請（專利權）人: 江蘇悅達墨特瑞新材料科技有限公司;上海悅達墨特瑞新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 沈戟

技術領域

本發明涉及鋰離子動力電池負極的電極材料，尤其是鈦酸鋰和石墨烯納米復合的電極材料及其制備方法。

背景技術

隨著人類生產生活和科學技術的發展，除了主要通過燃燒加以利用的一次能源外，以化學能轉換為電能的能源利用方式也變得越發舉足輕重。鋰離子電池做為眾多將化學能轉換為電能的手段之一，從上個世紀九十年代商業化以來，在全球范圍內的應用越來越廣泛，鋰離子電池作為電子器件提供動力能源的配套產品，目前主要用于手機、手提電腦、臺式電話子母機、攝像機、軍警移動通訊工具和設備以及各類數碼消費產品等，預計未來幾年中將在電動自行車以及電動汽車等領域中廣泛運用，我國科技部發布的《電動汽車科技發展“十二五”專項規劃（摘要）》等明確指出電動汽車是我國新能源汽車技術的發展方向和重中之重，而電池能源系統是新能源汽車的最關鍵部分，占據整車成本的40%~50%，是其最核心、利潤最豐厚的環節，鋰離子動力電池作為新能源、新材料和新能源汽車三大產業中的重點交叉產業，更是新能源汽車的心臟，將會是新能源汽車產業化發展的最大受益者，其性能和成本直接決定了新能源汽車產業的發展。

近年來的研究證明，在鋰離子電池領域石墨烯有著令人驚嘆的電化學性能，大量的石墨烯電極表面同電解液直接接觸，能夠通過表面吸附或表面氧化還原反應快速、可逆的捕獲鋰離子，從而獲得鋰離子的快速擴散，鋰離子可在石墨烯層片的表面間進行移動和交換，不需要鋰離子像在傳統電極材料中那樣嵌入和脫出，比能量可達160?Wh/kg，同傳統鋰離子相當，比功率則可達到100?kW/kg，是傳統鋰離子電池的近百倍，通過對石墨烯的改性、摻雜，可以改變石墨烯表面形貌，溶入異質原子，增加電極和電解液之間的浸潤，增大熱穩定性，獲得優異的電化學性能，此外，室溫下鋰離子在石墨烯中的擴散系數可提高兩個數量級，有助于獲得高倍率性能的鋰離子電池，目前，以石墨烯為基體的鋰離子動力電池負極的復合電極材料仍處在研究實驗階段，實現工業化的批量生產需要解決成本、工藝、穩定性等諸多問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有鋰離子動力電池負極電極材料的不足，提供一種具有大比容量、高穩定性和高倍率性能的鈦酸鋰和石墨烯納米復合的電極材料及其制備方法。

本發明的技術方案：電極材料為鈦酸鋰和石墨烯的水熱反應生成的復合材料，鋰離子和石墨烯的摩爾比為1：1～4：1，鈦酸鋰中鋰離子和去離子水的摩爾比為1：1～5：1。

鈦酸鋰和石墨烯納米復合電極材料的制備方法按以下步驟：

1、超聲振蕩后恒溫活化，將鋰鹽和去離子水按鋰和水的摩爾比1：1～5：1，鋰鹽和石墨烯按鋰和石墨烯的摩爾比1：1～4：1混合，并加入適量醇和表面活性劑，另取同鋰鹽等摩爾的鈦酸丁酯充分溶解在適量醇中，然后加入到前述鋰鹽、石墨烯、去離子水和醇的混合物中進行30分鐘高速攪拌；

2、將高速攪拌后的混合物進行高能超聲振蕩40分鐘～1小時，然后轉移至50～80°C的恒溫箱中進行恒溫活化1～5小時；

3、水熱反應，將進行了超聲振蕩和恒溫活化的混合物放入反應釜中，在100°C～150°C下靜置5～24小時進行反應；

4、對水熱反應的產物進行反復抽濾、清洗，并在干燥箱中烘干產物，研磨收集后得到處理好的鈦酸鋰和石墨烯納米復合電極材料。

本發明的有益效果是：采用工業上廣泛使用的水熱反應來進行鈦酸鋰和石墨烯材料的復合，得到鈦酸鋰和石墨烯納米復合電極材料，操作簡單，設備要求不高，適用范圍廣。可應用在需要大比容量、高穩定性、高倍率性能的鋰離子動力電池上。

具體實施方式：

下面結合實施例對本發明作進一步說明。

實施例1：