[發(fā)明專利]一種石墨烯包覆摻氟鈦酸鋰納米線的制備方法及其應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810094705.2
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108288703B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設計）人: 胡國榮;杜柯;彭忠東;曹雁冰;吳吉林;楊浩
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 魏娟

本發(fā)明提供一種石墨烯包覆摻氟鈦酸鋰納米線的制備方法及其應用，屬于鋰離子電池能源材料生產技術領域。本發(fā)明以成本低廉的工業(yè)級TiO₂為原料，以水熱法為基礎，通過兩步轉換，將廉價的工業(yè)級TiO₂轉化為了具有特殊形貌的鈦酸鋰納米線，大幅的降低了鈦酸鋰納米線的形成成本，有利于工業(yè)化生產應用。同時本發(fā)明通過液相氟摻雜和石墨烯原位包覆鈦酸鋰納米線，從形貌，離子摻雜以及石墨烯包覆三方面協(xié)同作用提高鈦酸鋰材料的導電率。所得石墨烯原位包覆摻氟鈦酸鋰納米線具有接近理論值的充放電比容量,并且顯著提高了材料的倍率性能。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種石墨烯包覆摻氟鈦酸鋰納米線的制備方法及其應用。

背景技術

隨著全球能源危機和環(huán)境問題的加劇，特別是化石燃料的燃燒，汽車尾氣的排放等對環(huán)境造成了很大的危害，因此開發(fā)清潔高效能源具有重要意義。超級電容器和鋰離子電池在這樣的背景下應運而生，廣泛應用于電子，交通，儲能等各個領域。

鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)作為新型儲能電池的電極材料日益受到重視，這是由于尖晶石型鈦酸鋰在鋰離子嵌入脫出時晶格常數(shù)變化很小，稱為“零應變材料”，因而具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。鈦酸鋰材料理論容量175mAh/g，擁有平穩(wěn)的充放電平臺、高溫穩(wěn)定性以及較高的嵌鋰電位1.55V(相對于鋰金屬)，避免了固體電介質界面(SEI)膜和鋰枝晶的產生。但是，鈦酸鋰作為一種絕緣材料，其電子導電率比較低 (10^-13s/cm)，極大地限制了其高倍率性能的發(fā)揮，這也是限制鈦酸鋰大規(guī)模商業(yè)化的主要原因，如何提高鈦酸鋰的電導率是目前需要重點解決的問題。

將材料進行納米化或者在材料表面包覆碳材料，石墨烯，碳納米管都是提高材料電導率的有效方法，另外對材料進行離子摻雜，產生混合價態(tài)，也能有效提高材料導電性。

通過氟摻雜鈦酸鋰，石墨烯包覆鈦酸鋰的研究已有報道，但是多為固相法直接將氟化鋰與鈦源，鋰源直接混合在燒結處理得到，如專利號CN103346308A所報道的方法，但是直接固相法進行氟摻雜會由于混合不均勻造成氟摻雜不均以及摻雜量難以確定一系列等問題。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明目的在于提供一種成本低廉、摻雜均勻、工藝簡單可控的石墨烯原位包覆摻氟鈦酸鋰納米線的制備方法及其應用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

本發(fā)明一種的石墨烯包覆摻氟鈦酸鋰納米線制備方法，包括如下步驟：

1)將TiO₂、氧化石墨烯(GO)加入NaOH溶液中，混合均勻獲得溶液A，對溶液A進行水熱反應獲得GO復合鈦酸鈉納米線；

2)將GO復合的鈦酸鈉納米線加入酸溶液中混合陳化，形成GO 復合鈦酸納米線；

3)將GO復合鈦酸納米線、氟源加入LiOH，溶液中混合均勻獲得溶液B，對溶液B進行離子交換水熱反應獲得離子交換產物；

4)將離子交換產物在保護氣氛下燒結即得石墨烯包覆摻氟鈦酸鋰納米線。

本發(fā)明進一步提供如下優(yōu)選方案。

優(yōu)選的方案，步驟1)中，所述TiO₂為工業(yè)級TiO₂。

優(yōu)選的方案，步驟1)中，所述NaOH溶液的濃度為10～15mol/L。作為進一步的優(yōu)選，所述NaOH溶液的濃度為10～12.5mol/L。

優(yōu)選的方案，步驟1)中，所述TiO₂在溶液A中的質量分數(shù)為 0.45～1.8wt％。作為進一步的優(yōu)選，所述TiO₂在溶液A中的質量分數(shù)為0.64～1.1wt％。