[發明專利]一種鋰離子電池負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610224129.X
• 申請日: 2016-04-08
• 公開（公告）號: CN105720268B
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 葛昊;郝婷婷;田輝;陳麗;宋溪明
• 申請（專利權）人: 遼寧大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/583
• 代理公司: 沈陽杰克知識產權代理有限公司 21207
• 代理人: 胡洋

本發明公開一種鋰離子電池負極材料及其制備方法，鋰離子電池負極材料為鈦酸鋰和還原氧化石墨烯的復合物。具體制備過程是在制備好的球形鈦酸鋰溶液中加入氧化石墨烯，然后在此溶液中再加入葡糖糖作為粘結劑，經過簡單攪拌混合最終制備出復合物。本發明的鋰離子電池負極材料不僅充分繼承了球形鈦酸鋰和氧化石墨烯作為負極材料的優良性能，而且更多的提高了電池的容電量和充放電速率，這也就實現了現代社會對電池的高要求，有利于鋰離子電池負極材料在工業生產上的推廣應用，實現該類負極材料的實用化和商品化。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種鋰離子電池負極材料配方的改進及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池一直是最重要和備受關注的能量儲存設備之一。鋰離子電池常用的應用一直專注于便攜式設備。可再充電電池的重要性更突出的是在各種類型的電動汽車或儲能系統。然而，商用鋰離子電池仍然不能滿足那些大型電源的需求，并遇到必須突破的安全性和長期穩定性等方面的問題。雖然作為負極材料石墨是最常用的，但是它表現出由于低的工作電壓引起鋰的枝晶生長的嚴重安全問題。尖晶石鈦酸鋰是可替代負極材料中最有前途的一種材料，因為它表現出在高的工作電壓下具有優異的鋰離子嵌入/嵌出的可逆性，近乎零體積變化和特殊的穩定性。盡管有這些優點，鈦酸鋰的商業化仍然是有限的，因為其固有的絕緣性，使得不能充分利用其優點。在過去的幾年里，花費了大量精力在研究提高電子的導電性，其中包括設計獨特的鈦酸鋰納米粒子形態和碳物質傳導的引入。石墨烯擁有非常好的導電性，大的表面積，化學的穩定性和結構上的靈活性，利用它良好的基礎建立二維的能源儲存和轉換。目前，大規模的生產鈦酸鋰/還原氧化石墨烯復合材料還是一項挑戰。

發明內容

本發明的目的是提供一種簡單高效的方法，既能有效繼承鈦酸鋰和還原氧化石墨烯作為負極材料的優點，又能克服鈦酸鋰的自身缺點，制備出具有高倍率性能的負極材料的方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種鋰離子電池負極材料，所述的鋰離子電池負極材料為球形鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)和還原氧化石墨烯(RGO)的復合物。所述的復合物主要為球形結構的鈦酸鋰附著在具有片層褶皺狀的還原氧化石墨烯上。

一種鋰離子電池負極材料的制備方法，包括如下步驟：

1)將Ti(OC₄H₉)₄溶液和乙醇混合，為溶液A。醋酸鋰溶解到去離子水中,為溶液B。在劇烈攪拌的條件下，溶液B緩慢滴加到溶液A中。在80～110℃條件下反應1～5h。隨后在120～150℃時干燥3～5h，除去剩余的有機物和水并產生白色的前驅體。

2)將白色的前驅體在馬弗爐溫度為650～700℃條件下，煅燒6～8h，得到球形鈦酸鋰。

3)在球形鈦酸鋰水溶液中加入氧化石墨烯，然后再加入葡萄糖得混合溶液C，將得混合溶液C在室溫下進行攪拌反應，攪拌時間在15～30h，洗滌，干燥后，在N₂氣氛下，于500～750℃下煅燒10～15h，制得目標產物。

優選地，上述制備方法，包括如下步驟：

1)將Ti(OC₄H₉)₄溶液和乙醇先用1:45～50摩爾比混合，為溶液A。醋酸鋰溶解到去離子水中,為溶液B。在劇烈攪拌的條件下，溶液B按照化學計量緩慢滴加到溶液A中。在90～100℃條件下反應1～3h。隨后在120～150℃時干燥3～5h，除去剩余的有機物和水并產生白色的前驅體。

2)將白色的前驅體在馬弗爐溫度為650～700℃條件下，煅燒6～8h，得到球形鈦酸鋰。