本發(fā)明涉及可充放鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及一種改性鈦酸鋰復(fù)合材料及其制備方法與鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、目前，鋰離子電池負(fù)極材料的研究重點(diǎn)正朝著高比容量，大倍率，高循環(huán)性能和高安全性能的動(dòng)力型電池材料方向發(fā)展。傳統(tǒng)的負(fù)極材料是碳負(fù)極材料。雖然碳負(fù)極已經(jīng)成功地商業(yè)化，但是其存在的電池安全問(wèn)題特別是大倍率下的安全問(wèn)題，迫使人們?cè)趯ふ冶忍钾?fù)極稍正的電位下嵌鋰的安全可靠的新型負(fù)極材料。其中低電位過(guò)渡金屬氧化物及復(fù)合氧化物作為鋰離子電池的負(fù)極材料引起了人們的廣泛注意，尤其是零應(yīng)變材料li4ti5o12，以其1?.5v(vs?.?li/li+)電壓、接近1的充放電效率和優(yōu)越的循環(huán)性能廣受關(guān)注，是一種很有潛力作為動(dòng)力型鋰離子電池負(fù)極材料的電極材料。

2、但是鈦酸鋰的電子導(dǎo)電性較差，這就限制了其高倍率性能。因此需要通過(guò)對(duì)其改性來(lái)改善其導(dǎo)電性，從而提高鈦酸鋰的大倍率性能以適應(yīng)動(dòng)力電池需求，并且需要保持其高的可逆電化學(xué)容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。目前，能夠提高鈦酸鋰倍率性能的方法主要包括：制備納米粒徑的鈦酸鋰，鈦酸鋰本體摻雜和引入導(dǎo)電相等。現(xiàn)有方法對(duì)鈦酸鋰進(jìn)行碳包覆，雖然對(duì)其性能有一定改善，但是對(duì)其導(dǎo)電能力提高有限并且對(duì)比容量沒(méi)有提高。石墨烯中電子的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度，是一種極好的電子導(dǎo)體，并且石墨稀本身就有很高的儲(chǔ)鋰比容量。因此，將鈦酸鋰和石墨烯復(fù)合，制備石墨烯基鈦酸鋰復(fù)合電極材料將大大提高鈦酸鋰材料的導(dǎo)電能力，并有效提高材料的比容量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種改性鈦酸鋰復(fù)合材料及其制備方法與鋰離子電池，旨在解決現(xiàn)有方法對(duì)鈦酸鋰進(jìn)行碳包覆，雖然對(duì)其性能有一定改善，但是對(duì)其導(dǎo)電能力提高有限并且對(duì)比容量沒(méi)有提高的問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

2、一種改性鈦酸鋰復(fù)合材料的制備方法，其中，包括以下步驟：

3、（1）?制備納米鈦酸鋰粉體：將鋰源和鈦源分別溶于溶劑中，混合兩種溶液并加入乙酸；加熱至40～100℃，恒溫?cái)嚢?～10h；在80～120℃下烘干得到前驅(qū)體；將所述前驅(qū)體分散在去離子水中，經(jīng)噴霧干燥制得粉體；將所述粉體在700～1000℃下煅燒6～18h；再經(jīng)冷卻，研磨，即得納米鈦酸鋰粉體；

4、（2）?制備氮化鈦酸鋰粉體：將所得納米鈦酸鋰粉體在氮?dú)夥罩屑訜岬?00～1000℃進(jìn)行氮化處理5～10h，得到氮化鈦酸鋰粉體；

5、（3）?制備氧化石墨烯：將天然鱗片石墨和硝酸鈉混合，加入濃硫酸，冰水浴中攪拌10～?20min，再加入高錳酸鉀，冰水浴中反應(yīng)0?.5～1h，20～25℃下攪拌24～48h后，加入去離子水和雙氧水反應(yīng)10～20min，離心分離；分離產(chǎn)物經(jīng)洗滌，再經(jīng)過(guò)離心分離、干燥即得氧化石墨烯；

6、（4）?制備改性鈦酸鋰復(fù)合材料：將制備好的氮化鈦酸鋰粉體和氧化石墨烯混合均勻，在惰性氣氛或還原性氣氛中700～1100℃下煅燒?3～10min，即得到改性鈦酸鋰復(fù)合材料。

7、所述的制備方法，其中，步驟（1）中，所述鋰源為氫氧化鋰、醋酸鋰和硝酸鋰中的一種或兩種以上的混合物；所述鈦源為鈦酸四丁酯或鈦酸四異丙酯。

8、所述的制備方法，其中，步驟（1）中，所述鋰源和鈦源中l(wèi)i與ti的摩爾比為0?.8～0?.86。

9、所述的制備方法，其中，步驟（2）中，所述氮?dú)夥諡榘睔饣虻獨(dú)浠旌蠚狻?/p>

10、所述的制備方法，其中，步驟（3）中，所述硝酸鈉與天然鱗片石墨的質(zhì)量比為1:1，濃硫酸的體積與天然石墨鱗片的質(zhì)量比為50～60ml/g，高錳酸鉀與天然鱗片石墨的質(zhì)量比為6:1。

11、所述的制備方法，其中，步驟（3）中，所述雙氧水的濃度為30wt%，雙氧水的體積與天然鱗片石墨的質(zhì)量比為20～30ml/g?；去離子水的體積與天然鱗片石墨的質(zhì)量比為75～100ml/g。

12、所述的制備方法，其中，步驟（4）中，所述還原性氣氛為氮?dú)浠旌蠚狻?/p>

13、所述的制備方法，其中，步驟（4）中，所述氧化石墨烯占氮化鈦酸鋰粉體和氧化石墨烯混合物的1?.0～19?.4wt%。

14、所述的制備方法，其中，步驟（4）中，所述改性鈦酸鋰復(fù)合材料中，石墨烯材料占所述改性鈦酸鋰復(fù)合材料的1?.0～18?.1wt%。

15、一種改性鈦酸鋰復(fù)合材料，其中，采用本發(fā)明所述的制備方法制備得到。

16、一種鋰離子電池，包括負(fù)極，其中，所述負(fù)極的材料為本發(fā)明所述的改性鈦酸鋰復(fù)合材料。

17、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)摻雜和包覆對(duì)鈦酸鋰進(jìn)行雙重改性，具體采用了電子導(dǎo)電率極大的石墨烯與氮摻雜的鈦酸鋰復(fù)合制備改性鈦酸鋰電極材料，制備工序簡(jiǎn)單靈活，所用鈦酸鋰可以是通過(guò)任何方法合成而不會(huì)影響復(fù)合材料性能，且可以適用于對(duì)現(xiàn)有鈦酸鋰材料的改性生產(chǎn)。制備的改性鈦酸鋰復(fù)合材料具有大的倍率性能、優(yōu)異的循環(huán)性能和高低溫性能。

技術(shù)特征：

1.一種改性鈦酸鋰復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述鋰源為氫氧化鋰、醋酸鋰和硝酸鋰中的一種或兩種以上的混合物；所述鈦源為鈦酸四丁酯或鈦酸四異丙酯；所述鋰源和鈦源中l(wèi)i與ti的摩爾比為0?.8～0?.86。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，所述氮?dú)夥諡榘睔饣虻獨(dú)浠旌蠚狻?/p>

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，所述硝酸鈉與天然鱗片石墨的質(zhì)量比為1:1，濃硫酸的體積與天然石墨鱗片的質(zhì)量比為50～60ml/g，高錳酸鉀與天然鱗片石墨的質(zhì)量比為6:1。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，所述雙氧水的濃度為

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（4）中，所述還原性氣氛為氮?dú)浠旌蠚狻?/p>

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（4）中，所述氧化石墨烯占氮化鈦酸鋰粉體和氧化石墨烯混合物的1?.0～19?.4wt%。

8.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（4）中，所述改性鈦酸鋰復(fù)合材料中，石墨烯材料占所述改性鈦酸鋰復(fù)合材料的1?.0～18?.1wt%。

9.一種改性鈦酸鋰復(fù)合材料，其特征在于，采用權(quán)利要求1~8任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到。

10.一種鋰離子電池，包括負(fù)極，其特征在于，所述負(fù)極的材料為權(quán)利要求9所述的改性鈦酸鋰復(fù)合材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)一種改性鈦酸鋰復(fù)合材料及其制備方法與鋰離子電池。本發(fā)明先將鈦酸鋰進(jìn)行氮化處理，然后將氮化處理過(guò)的鈦酸鋰和氧化石墨烯混合均勻，在惰性氣氛或還原性氣氛中700～1100℃下煅燒3～10min，即得到改性鈦酸鋰復(fù)合材料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用了電子導(dǎo)電率極大的石墨烯與氮化鈦酸鋰復(fù)合制備改性鈦酸鋰復(fù)合材料，制備工序簡(jiǎn)單靈活，所用鈦酸鋰可以是通過(guò)任何方法合成而不會(huì)影響復(fù)合材料性能，且可以適用于對(duì)現(xiàn)有鈦酸鋰材料的改性生產(chǎn)。制備的石墨烯基鈦酸鋰復(fù)合材料大倍率性能良好，并具有較高比容量，可廣泛應(yīng)用于各種便攜式電子設(shè)備和各種電動(dòng)車(chē)所需的鋰離子電池。

技術(shù)研發(fā)人員：劉家輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：桂林電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17