[發(fā)明專利]多級結(jié)構(gòu)相結(jié)TiO2

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010323922.1
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111446416B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林偉;徐兵
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇東源電器集團股份有限公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/36;H01M4/48;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11435
• 代理人: 劉玉涵

本發(fā)明公開了多級結(jié)構(gòu)相結(jié)TiO₂復(fù)合石墨烯負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：以鈦酸四丁酯為鈦源，醇類化合物為一級溶劑，通過溶劑熱法制備得到前驅(qū)體；前驅(qū)體在低于相變溫度下，通過兩步煅燒法轉(zhuǎn)變成具有銳鈦礦相和金紅石相的相結(jié)TiO₂；相結(jié)TiO₂與石墨烯混合均勻置于二級溶劑中，恒溫，進行超聲處理，制得三維多級結(jié)構(gòu)相結(jié)TiO₂復(fù)合石墨烯材料。一種多級結(jié)構(gòu)相結(jié)TiO₂復(fù)合石墨烯負(fù)極材料，是通過上述制備方法制得的。一種電池電極，是由多級結(jié)構(gòu)相結(jié)TiO₂復(fù)合石墨烯負(fù)極材料制備得到的。本發(fā)明最后制得的材料兼具了納米TiO₂賦予電池的高循環(huán)壽命，以及石墨烯賦予電極材料的高導(dǎo)電性和大電流放電能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)儲能領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料三維多級結(jié)構(gòu)相結(jié)TiO₂復(fù)合石墨烯材料的制備及應(yīng)用。

背景技術(shù)

在過去幾十年，鋰離子電池因其高能量密度和長循環(huán)壽命被廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電動汽車及儲能等領(lǐng)域。目前，在鋰離子電池的工業(yè)生產(chǎn)中，石墨被用作主要負(fù)極材料，然而，石墨電極的低放電電壓(0.2V vs. Li/Li+)仍會影響鋰離子電池的高倍率性能和安全性能(充放電過程會析鋰產(chǎn)生鋰枝晶)。過渡金屬氧化物由于其高放電電壓、高放電比容量等特點被認(rèn)為是一種潛在的高能量密度鋰離子電池負(fù)極材料。在眾多過渡金屬氧化物中， TiO₂的工作電壓約為1.6V vs.Li/Li+(高于石墨負(fù)極材料)，其體積在充放電過程中變化較小(“零體積效應(yīng)”)，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且來源豐富引起了廣泛關(guān)注。多種相態(tài)的TiO₂，如銳鈦礦相、金紅石相及TiO₂(B)相，被用作負(fù)極材料進行研究。然而，TiO₂低的電導(dǎo)率直接影響了其實際應(yīng)用。為解決這一問題，人們提出了多種策略，如構(gòu)建相結(jié)、構(gòu)筑多級結(jié)構(gòu)、摻雜等價離子及復(fù)合其他導(dǎo)電材料等。在眾多方法中，與碳材料復(fù)合被認(rèn)為是一種提高電化學(xué)性能的有效措施，這是因為通過復(fù)合一方面可以建立穩(wěn)定的界面從而減少活性物質(zhì)與電解液間的副反應(yīng)，另一方面也可以促進TiO₂的電子傳導(dǎo)。石墨烯是一種典型的碳材料，其特殊的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可為電子提供快速的傳輸通道，且其具有較高的克容量和鋰離子遷移率。此外，由納米粒子構(gòu)成的多級結(jié)構(gòu)可縮短鋰離子擴散途徑，同時提供更多的儲鋰位點。因此結(jié)合相結(jié)、多級結(jié)構(gòu)及材料復(fù)合的優(yōu)勢來設(shè)計材料可改善負(fù)極材料的性能，具有重要的應(yīng)用價值。

CN108511696A公開了一種二氧化鈦/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，將該材料用于負(fù)極材料，0.1C倍率測試結(jié)果表明，首次放電比容量為253.6mAh/g，循環(huán)50次后放電比容量為183.6mAh/g，容量保持率為72.40％，這在一定程度上提高了電化學(xué)性能，但由于體相TiO₂自身低的電導(dǎo)率等特性使得材料最終的循環(huán)性能不能滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)所存在的不足之處，本發(fā)明提供了多級結(jié)構(gòu)相結(jié)TiO₂復(fù)合石墨烯負(fù)極材料的制備及應(yīng)用。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：多級結(jié)構(gòu)相結(jié)TiO₂復(fù)合石墨烯負(fù)極材料的制備方法，方法包括以下步驟：

Ⅰ、以鈦酸四丁酯(TBOT)為鈦源，醇類化合物為一級溶劑，通過溶劑熱法制備得到三維多級結(jié)構(gòu)TiO₂前驅(qū)體；

Ⅱ、將步驟Ⅰ制得的三維多級結(jié)構(gòu)TiO₂前驅(qū)體在低于相變溫度(600℃) 下，通過兩步煅燒法轉(zhuǎn)變成具有銳鈦礦相(A)和金紅石相(R)的相結(jié)TiO₂，相結(jié)TiO₂的形貌為三維多級結(jié)構(gòu)；