[發明專利]一種原位合成金紅石TiO2介晶與石墨烯復合物的方法

無效

• 申請號: 201410276617.6
• 申請日: 2014-06-20
• 公開（公告）號: CN104009238A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 魏明燈;藍通斌
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M4/48;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于電極材料制備領域，具體涉及一種原位合成金紅石TiO₂介晶與石墨烯復合物的方法。

背景技術

鋰離子電池是20世紀90年代出現的綠色高能環保電池，由于具有突出的優點而有著廣泛的應用。目前，鋰離子電池及其關鍵材料已成為世界各國關注的一個科技和產業焦點，也是我國政府非常重視開發和運用的能源之一，先后被列入國家中長期發展規劃。尤其是適用于電動汽車(EV)和混合動力汽車(HEV)的鋰離子動力電池的開發更是成為近年來新能源領域中最熱門、發展最迅速的研究領域?，F在工業上常用的負極材料有金屬鋰、碳材料、Li₄Ti₅O₁₂等。但由于金屬鋰和碳材料存在安全性能隱患和倍率性能差以及Li₄Ti₅O₁₂合成困難等缺點，限制了其大規模應用。TiO₂是目前研究最為熱門的鋰離子電池負極材料之一。

發明內容

本發明的目的在于提供一種原位合成金紅石TiO₂介晶與石墨烯復合物的方法，其制備方法簡單，成本低廉，能耗低，重現性好，所制得鋰離子電池具有很高的比容量和長程循環穩定性，還表現出優異的倍率充放電性能，具有廣闊的商業前景。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種原位合成金紅石TiO₂介晶與石墨烯復合物的方法包括以下步驟：

（1）將十二烷基苯磺酸分散于硝酸溶液中；

（2）待形成均勻的乳液后，滴加氧化石墨烯溶液，攪拌均勻，最后滴入鈦酸四丁酯，繼續攪拌均勻；

（3）經水熱反應、離心、洗滌、烘干，制得金紅石TiO₂介晶與氧化石墨烯復合物；

（4）將金紅石TiO₂介晶與氧化石墨烯復合物分散在水中，經水熱反應、離心、洗滌、烘干后，得到金紅石TiO₂介晶與石墨烯復合物。

步驟（1）中十二烷基苯磺酸的加入量為0.5-5?mL；硝酸溶液的濃度為0.5-6?mol/L。

步驟（2）中氧化石墨烯的加入量為5-40?mg，鈦酸四丁酯的加入量為0.5-2?mL。

步驟（3）所述水熱反應溫度為50-90?℃，反應時間為3-72?h。

步驟（4）所述水熱反應溫度為120-180?℃。

所述的金紅石TiO₂介晶與石墨烯復合物用于組裝鋰離子電池：將金紅石TiO₂介晶與石墨烯復合物、聚偏氟乙烯和乙炔黑按質量比為8:1:1混合研磨均勻涂在銅箔上，待干燥后作為負極，將金屬鋰作為正極，將LiPF₆/EC-EMC-DMC溶液作為電解液，在手套箱中組裝成鋰離子電池。

所述LiPF₆/EC-EMC-DMC溶液中LiPF₆的濃度為1?mol/L，其中EC、EMC與DMC的體積比為1:1:1。

本發明的顯著優點在于：

（1）本發明提供了一種原位合成金紅石TiO₂介晶與石墨烯復合物的方法，該方法操作簡單，成本低廉，能耗低，重現性好，具有良好的應用價值。

（2）制得的金紅石TiO₂介晶與石墨烯復合物做為鋰離子電池的負極，組裝得到的鋰離子電池具有很高的比容量和長程循環穩定性，在電流密度為3.4?A/g時充放電循環1000圈容量保持在150?mA?h/g以上，具有優越的長循環性能；同時，其還表現出優異的倍率放電性能，即使在電流密度為6.8?A/g時其充放電容量也能穩定在139.6?mA?h/g。

附圖說明

圖1為實施例1所制得的金紅石TiO₂介晶與石墨烯復合物掃描電鏡圖和透射電鏡圖。

圖2為將實施例1所制得的金紅石TiO₂介晶與石墨烯復合物組裝成的鋰離子電池在不同倍率下充放電的循環性能曲線（1C=170?mA/g）。

具體實施方式

實施例1

一種金紅石TiO₂介晶與石墨烯復合物的制備方法，包括以下步驟：

1）將0.68?mL十二烷基苯磺酸分散于70?mL?2?mol/L硝酸溶液中；

2）待形成均勻的乳液后，滴加2?mL氧化石墨烯溶液（5?mg/mL），攪拌均勻，最后滴入0.68?mL鈦酸四丁酯，繼續攪拌均勻；