[發(fā)明專利]二氧化鈦/三維石墨烯復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110609866.2
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113401891A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王衛(wèi)疆;萬冬云;錢佳豪
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C01G23/053;C01G23/08;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 上海精晟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31253
• 代理人: 肖愛華

本申請涉及一種二氧化鈦/三維石墨烯復(fù)合電極材料，特別涉及到一種二氧化鈦/三維石墨烯復(fù)合電極材料的制備方法及應(yīng)用。一種二氧化鈦/三維石墨烯復(fù)合電極材料的制備方法，包括以下步驟：將氧化石墨烯與羥基乙酸以及硫酸氧鈦一起超聲處理，得到混合溶液；將上述混合溶液加熱至180℃，進(jìn)行水熱反應(yīng)12小時(shí)后固液分離得到固體物，將上述固體物洗滌并干燥得到初產(chǎn)物；將上述產(chǎn)物在450℃?700℃下煅燒4小時(shí)得到二氧化鈦/三維石墨烯復(fù)合電極材料。本申請的工藝較為簡單，能夠提高鋰離子電池的放電比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及一種二氧化鈦/三維石墨烯復(fù)合電極材料的制備方法、二氧化鈦/三維石墨烯復(fù)合電極材料及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

面對全球能源短缺和環(huán)境污染問題，創(chuàng)造新技術(shù)時(shí)得能量收集、轉(zhuǎn)換以及存儲(chǔ)設(shè)備的高效率是一個(gè)迫切的需求。而作為能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)運(yùn)用最廣泛的鋰離子電池，是對于各種便攜式電子設(shè)備最有前景的能量存儲(chǔ)設(shè)備之一。對于下一代鋰離子電池，設(shè)計(jì)和合成可以降低成本，提高容量以及提高速率性能和循環(huán)性能的功能性電池材料是一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)。在研究鋰離子電池中，研究鋰離子電池的負(fù)極顯得尤為重要，因?yàn)殡姵氐母辜】梢院艽蟪潭壬嫌绊戜囯x子的電池性能。過渡金屬氧化物由于其優(yōu)越的電化學(xué)性能已在鋰離子電池和超級電容方面引起了廣泛的關(guān)注。二氧化鈦是研究較早的金屬氧化物負(fù)極材料，由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、循環(huán)性能優(yōu)越、價(jià)格低廉、環(huán)境友好、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，成為近年來的研究熱點(diǎn)

二氧化鈦有多種晶型結(jié)構(gòu)，包括金紅石、銳鈦礦和板鈦礦等，其中銳鈦礦和板鈦礦是目前工業(yè)中制造鋰離子電池常用的負(fù)極材料。而銳鈦礦型的晶格結(jié)構(gòu)因?yàn)榫哂懈嗟娜毕莺涂瘴?，利于捕獲較多的電子，Li+的嵌入和脫出更容易，具有更高的電活性。二氧化鈦材料的電子電導(dǎo)率低，并且鋰離子在其內(nèi)部的擴(kuò)散系數(shù)較小，因而較多的研究工作旨在合成納米尺寸的二氧化鈦材料，同時(shí)構(gòu)造良好的結(jié)構(gòu)形貌也有助于提高二氧化鈦的電化學(xué)性能，另一方面，將二氧化鈦與導(dǎo)電碳材料、金屬材料、金屬氧化物材料等進(jìn)行復(fù)合，提高材料的導(dǎo)電性進(jìn)而提高二氧化鈦?zhàn)鳛樨?fù)極材料的比容量。

現(xiàn)有的銳鈦礦結(jié)構(gòu)的二氧化鈦復(fù)合材料作為鋰離子電池的負(fù)極材料時(shí)，鋰離子電池的放電容量較低，并且循環(huán)穩(wěn)定性不好。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，有必要提供這一種制備工藝較為簡單且能夠提高鋰離子電池放電比容量和循環(huán)穩(wěn)定性的二氧化鈦/三維石墨烯復(fù)合電極材料的制備方法、二氧化鈦/三維石墨烯復(fù)合電極材料及應(yīng)用。

二氧化鈦/三維石墨烯復(fù)合電極材料的制備方法包括以下步驟：

將氧化石墨烯與羥基乙酸以及硫酸氧鈦一起超聲處理，得到混合溶液；

將上述混合溶液加熱至180℃，進(jìn)行水熱反應(yīng)12小時(shí)后固液分離得到固體物，將上述固體物洗滌并干燥得到初產(chǎn)物；

將上述產(chǎn)物在450℃-700℃下煅燒4小時(shí)得到二氧化鈦/三維石墨烯復(fù)合電極材料。

本申請還提供了一種二氧化鈦/三維石墨烯復(fù)合電極材料，采用上述方法制備而成，本申請還提出了將上述二氧化鈦/三維石墨烯復(fù)合電極材料應(yīng)用于電池之中。

可選地，所述氧化石墨烯的濃度為2mg ml^-1-20mg ml^-1。

可選地，所述羥基乙酸的濃度為1mg ml^-1-5mg ml^-1。

可選地，所述硫酸氧鈦的濃度為1mg ml^-1。

可選地，所述超聲處理的時(shí)間為1h-3h。

可選地，煅燒方式是通過雙溫區(qū)真空爐，采用鋁還原法對三維氧化石墨烯進(jìn)行還原。

可選地，鋁粉置于雙溫區(qū)高溫區(qū)，二氧化鈦/三維氧化石墨烯置于雙溫區(qū)低溫區(qū)。