[發明專利]一種氮摻雜鈦酸鋰/石墨烯納米復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710585876.0
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107221647B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 舒東;孟濤;易芬云;程紅紅;李康萬;曾榮華;張凡
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/36;H01M4/485
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;陳亮

本發明公開了一種氮摻雜鈦酸鋰/石墨烯納米復合材料的制備方法，首先稱取一定量的鈦源分散在無水乙醇中并用冰醋酸調節pH值，再加入去離子水攪拌一段時間后得到氫氧化鈦溶膠；稱取適量的氧化石墨烯，在去離子水中經超聲分散后獲得氧化石墨烯溶膠；將氫氧化鈦溶膠和氧化石墨烯溶膠混合；再稱取適量的鋰源溶解在去離子水中，加入殼聚糖并用稀鹽酸調節pH至酸性，攪拌后得到混合液；將所得到的氫氧化鈦/氧化石墨烯混合溶膠體系加入到混合液中，并在攪拌過程中加入適量的交聯劑，經冷凍干燥后得到固態物；將固態物在惰性氣體氣氛中煅燒后得到氮摻雜鈦酸鋰/石墨烯的納米復合材料。上述方法制備的復合材料具有高導電性和高倍率性能，能作為鋰離子電容器的負極材料。

技術領域

本發明涉及電極材料技術領域，尤其涉及一種氮摻雜鈦酸鋰/石墨烯納米復合材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電容器是一種基于鋰離子電池和超級電容器雙重儲能機制的儲能器件，因此擁有電池和電容的雙重特性，具有比常規電容器能量密度大，比鋰離子電池功率密度高的優點。鋰離子電容器由于具有能量密度高，循環壽命長，安全性高等優點而受到了人們越來越多地關注，是新一代儲能和動力領域的研究重點，包括在便攜式電子設備、電動汽車、航空航天技術等方面具有廣闊的發展前景。

作為鋰離子電容器的負極材料，鈦酸鋰材料因具有“零應變”結構，在Li⁺嵌入或者脫出的過程中材料結構的形變量非常小，從而有著很好的循環穩定性。其具有較高的放電電壓平臺(1.55V vs.Li/Li⁺)，在此放電平臺下電解液幾乎不發生氧化分解和還原分解反應，不會形成SEI膜，不易引起金屬鋰析出，具有十分優越的安全性能，具有很大的研究價值和商業應用前景。但是鈦酸鋰本身是一種絕緣體，導電性很差，具有較低的電子電導率(10^-13S/cm)。使其在大電流放電條件下容量衰減很快，倍率性能較差。鈦酸鋰材料的理論比容量也比較低，只有175mAh g^-1，上述缺陷嚴重限制了其在能源存儲領域的大規模應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種氮摻雜鈦酸鋰/石墨烯納米復合材料的制備方法，該方法制備的復合材料具有高導電性和高倍率性能，能作為鋰離子電容器的負極材料。

一種氮摻雜鈦酸鋰/石墨烯納米復合材料的制備方法，所述方法包括：

步驟1、稱取一定量的鈦源分散在無水乙醇中并用冰醋酸調節pH值，再加入去離子水攪拌一段時間后得到氫氧化鈦溶膠；

步驟2、稱取適量的氧化石墨烯，在去離子水中經超聲分散后獲得氧化石墨烯溶膠；

步驟3、將所得到的氫氧化鈦溶膠和氧化石墨烯溶膠混合，經超聲處理后得到氫氧化鈦/氧化石墨烯混合溶膠體系；

步驟4、再稱取適量的鋰源溶解在去離子水中，加入一定量的殼聚糖并用稀鹽酸調節pH至酸性，攪拌后得到混合液；

步驟5、將步驟3所得到的氫氧化鈦/氧化石墨烯混合溶膠體系加入到步驟4所得到的混合液中，并在攪拌過程中加入適量的交聯劑，經冷凍干燥后得到固態物；

步驟6、將步驟5所得到的固態物在惰性氣體氣氛中煅燒后得到氮摻雜鈦酸鋰/石墨烯的納米復合材料。

在所述步驟1中，所選取的鈦源為鈦酸四丁酯、鈦酸乙酯、四氯化鈦、硝酸鈦和鈦酸異丙酯中的一種或多種；

且用冰醋酸調節的pH值范圍為5-7；攪拌時間為30-240min。

在所述步驟2中，所得到的氧化石墨烯溶膠的濃度為1g/L-15g/L；超聲分散的時間為1-6h。

在所述步驟3中，超聲處理的時間為15-180min。

在所述步驟4中，所選取的鋰源為醋酸鋰、氫氧化鋰、硝酸鋰、硫酸鋰、氯化鋰和檸檬酸鋰中的一種或多種；