本發明專利技術公開了一種納米二氧化鈦/石墨烯負極材料及其制備方法，屬于電化學材料領域。本發明專利技術所述納米二氧化鈦/石墨烯負極材料的制備方法在氧化石墨烯上經水熱法原位組裝生成納米形貌的二氧化鈦，同時通過氟硼酸鹽的添加使二氧化鈦選擇性地生成優勢晶面，制備的材料組成中二氧化鈦的粒徑形貌得到有效限制，均勻分散，不會發生團聚現象，接觸阻抗降低，同時有利于電解液的滲透，最終產品具有較高的容量及優異的倍率放電性能；所述制備方法操作簡單，可重復性高。本發明專利技術還公開了所述方法制備的納米二氧化鈦/石墨烯負極材料及其進一步制備的鋰離子電池。離子電池。
【技術實現步驟摘要】
一種納米二氧化鈦/石墨烯負極材料及其制備方法
[0001]本專利技術涉及電化學材料領域，具體涉及一種納米二氧化鈦/石墨烯負極材料及其制備方法。
技術介紹
[0002]在常用的負極材料中，石墨由于其成本低、循環穩定性好、插鋰容量高等優點成為商用鋰離子電池的首選，但是其在鋰離子傳輸時表面SEI膜的形成的大大降低了產品首次循環效率；同時石墨與常用鋰離子電池有機相電解質相容性較差，在反應時容易發生溶劑化鋰的共嵌，導致電池出現較大的不可逆容量，使其循環壽命變差；石墨電極電位降低至0V及更低時容易導致石墨電極上鋰發生沉積，使得電池的安全性變差。因此，基于上述缺陷，越來越多的學者開始對鋰電池的其他負極材料進行研究。
[0003]在非石墨體系的負極材料中，二氧化鈦價廉易得，同時安全、環保無污染，其插鋰效率高且不會造成金屬鋰在電極上沉積，因此成為鋰電池非石墨負極材料研究的熱點。但是，二氧化鈦材料未經過改性前缺少內部的通道，大大降低了鋰離子電池充放電時的實際的容量和循環倍率，并且鋰離子在嵌入和脫出的過程中，二氧化鈦的晶格會產生一定的扭曲，鋰離子的擴散受到了短小的二氧化鈦鍵的限制；同時，納米二氧化鈦做成的負極材料在電池循環過程中容易發生團聚。
技術實現思路
[0004]基于現有技術存在的缺陷，本專利技術的目的在于提供了一種納米二氧化鈦/石墨烯負極材料的制備方法，該方法在氧化石墨烯上經水熱法原位組裝生成納米形貌的二氧化鈦，同時通過改性劑的添加使二氧化鈦選擇性地生成優勢晶面，制備的材料組成中二氧化鈦的粒徑形貌得到有效限制，均勻分散且接觸阻抗降低，最終產品具有較高的容量及優異的倍率放電性能；所述制備方法操作簡單，可重復性高。
[0005]為了達到上述目的，本專利技術采取的技術方案為：
[0006]一種納米二氧化鈦/石墨烯負極材料的制備方法，包括以下步驟：
[0007](1)在冰浴的氧化石墨烯懸浮液中依次添加氨水、有機鈦源以及氟硼酸鹽后混合攪拌均勻，得前驅液A；
[0008](2)將步驟(1)所得前驅液A置于80～100℃的密閉環境下進行溶劑熱反應，得前驅體B；
[0009](3)將步驟(2)所述前驅體B置于保護氣氛下，并在400～600℃下進行熱反應，即得所述納米二氧化鈦/石墨烯負極材料。
[0010]現有
公知普遍認為，碳(石墨)與二氧化鈦復合是促進鋰離子傳輸的一個有效途徑，而與其它碳材料相比，石墨烯具有非常大的比表面積、較好的柔性以及優良的電子導電性，所以石墨烯被認為是一種能提高電極復合材料的循環壽命與倍率性能的有效添加劑。本專利技術所述納米二氧化鈦/石墨烯負極材料的制備方法中，向冰浴的氧化石墨烯懸浮
液中加入氨水及有機鈦源，然后再加入氟硼酸鹽進行溶劑熱反應及高溫反應，冰浴在前期溶劑熱反應時可降低混合液溫度，配合氨水可有效減緩初期鈦源水解反應生成二氧化鈦的速率，避免其過快水解發生團聚；在二氧化鈦納米晶的生長過程中，二氧化鈦的(101)晶面的氧原子被氟硼酸鹽的氟原子所替代，因此，水熱生長過程中二氧化鈦的(101)晶面勢能最高，而二氧化鈦的(100)晶面的氧原子被氟原子所替代后，其勢能降低了，在整個水熱過程中，二氧化鈦(100)晶面方向將優先生長，這樣最終得到大量(100)晶面暴露的二氧化鈦多面體(以六面體居多)。另外，在二氧化鈦納米晶生長中，氧化石墨烯的表面作為二氧化鈦晶體生長的基體，為其生長提供了更多的生長點，二氧化鈦納米晶的粒徑得到了有效控制并在氧化石墨烯的表面生長、組裝，最終經過高溫結晶得到的復合材料相比于傳統二氧化鈦材料其接觸阻抗顯著降低，同時在充放電過程中負極材料顆粒的團聚現象得到明顯改善，與電解液的相容性得到改善，其應用于鋰離子電池時具有較高的容量及優異的倍率放電性能。
[0011]優選地，步驟(1)所述氧化石墨烯懸浮液中的氧化石墨烯濃度為0.1～2mg/mL；
[0012]優選地，步驟(1)所述氧化石墨烯懸浮液的制備方法為：將Hummer法制備的氧化石墨分散在乙醇中并經過超聲處理得到。
[0013]更優選地，所述超聲處理時的功率為200～500W，時間為0.5～10h。
[0014]由Hummer法制備的氧化石墨相比機械剝離得到的石墨其結構層次更好，在特地含量下作為基體負載二氧化鈦，更有利于二氧化鈦顆粒的生長，而經過特定超聲處理后的懸浮液中氧化石墨烯片層結構完好且在乙醇中分散均勻，團聚較少。
[0015]優選地，步驟(1)所述前驅液A中氨水的濃度為1～5mg/mL。
[0016]優選地，步驟(1)所述有機鈦源包括鈦酸丁酯、鈦酸異丙酯、鈦酸四乙酯中的至少一種；
[0017]更優選地，步驟(1)所述前驅液A中有機鈦源的摩爾濃度為5～20mmol/mL。
[0018]有機鈦源的添加濃度需要與氧化石墨烯的比例相關，若鈦源添加濃度過低，生成的二氧化鈦含量不足，難以提升制備產品的倍率性能及循環性能；而如果鈦源濃度過高，生成的二氧化鈦容易形成團聚，同時氧化石墨烯無法抑制其顆粒尺寸。
[0019]優選地，步驟(1)所述前驅液A中氟硼酸鹽包括氟硼酸鈉、氟硼酸鉀中的至少一種。
[0020]更優選地，步驟(1)所述前驅液A中氟硼酸鹽的摩爾濃度為20～150mmol/mL。
[0021]優選地，步驟(2)所述溶劑熱反應的反應時間為4～36h。
[0022]在優選條件下進行緩慢水解反應得到的二氧化鈦不僅顆粒尺寸均勻細小，同時不會發生團聚現象。
[0023]優選地，步驟(2)所述前驅體B還經過乙醇洗滌及干燥處理。
[0024]優選地，步驟(3)所述熱反應的反應時間為1～6h。
[0025]優選地，步驟(3)所述保護氣氛包括氬氣、氮氣中的至少一種。
[0026]本專利技術的另一目的還在于提供所述納米二氧化鈦/石墨烯負極材料的制備方法制備的納米二氧化鈦/石墨烯負極材料。
[0027]本專利技術所制備的納米二氧化鈦/石墨烯負極材料相比于傳統碳基或鈦基負極材料其儲鋰比容量更高，同時在制備成鋰離子電池后有利于電解液的滲透，具有優異的電子電導率，倍率性能高，循環穩定性好，運用前景好。
[0028]本專利技術的再一目的在于提供一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括本專利技術所述納米二氧化鈦/石墨烯負極材料。
[0029]本專利技術的有益效果在于，本專利技術提供了一種納米二氧化鈦/石墨烯負極材料的制備方法，該方法在氧化石墨烯上經水熱法原位組裝生成納米形貌的二氧化鈦，同時通過氟硼酸鹽的添加使二氧化鈦選擇性地生成優勢晶面，制備的材料組成中二氧化鈦的粒徑形貌得到有效限制，均勻分散，不會發生團聚現象，接觸阻抗降低，同時有利于電解液的滲透，最終產品具有較高的容量及優異的倍率放電性能；所述制備方法操作簡單，可重復性高。本專利技術還提供了所述制備方法制備的納米二氧化鈦/石墨烯負極材料及其進一步制備的鋰離子電池。
附圖說明
[0030]圖1為本專利技術實施例1所述納米二氧化鈦/石墨烯負極材料的TEM圖；
[003本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種納米二氧化鈦/石墨烯負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)在冰浴的氧化石墨烯懸浮液中依次添加氨水、有機鈦源以及氟硼酸鹽后混合攪拌均勻，得前驅液A；(2)將步驟(1)所得前驅液A置于80～100℃的密閉環境下進行溶劑熱反應，得前驅體B；(3)將步驟(2)所述前驅體B置于保護氣氛下，并在400～600℃下進行熱反應，即得所述納米二氧化鈦/石墨烯負極材料。2.如權利要求1所述納米二氧化鈦/石墨烯負極材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述氧化石墨烯懸浮液中的氧化石墨烯濃度為0.1～2mg/mL。3.如權利要求1所述納米二氧化鈦/石墨烯負極材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述氧化石墨烯懸浮液的制備方法為：將Hummer法制備的氧化石墨分散在乙醇中并經過超聲處理得到；優選地，所述超聲處理時的功率為200～500W，時間為0.5～10h。4.如權利要求1所述納米二氧化鈦/石墨烯負極材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述前驅液A中氨水的濃度...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王錦富，劉川里，
申請(專利權)人：廣州明美新能源股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。