混合石墨烯的鋰離子電池材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電池材料領(lǐng)域技術(shù)，尤其是指一種銳鈦礦11〇2混合石墨烯的鋰離子電 池材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池由于其能量密度高、循環(huán)性能好，得到了廣泛的應(yīng)用，在很多領(lǐng)域逐漸 取代了傳統(tǒng)的鉛酸電池等化學(xué)電源。特別是隨著能源與環(huán)境問(wèn)題的日益凸顯，新能源產(chǎn)業(yè) 得到了越來(lái)越多的重視?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)發(fā)展迅速，鋰離子電池作為其中重 要的儲(chǔ)能裝置被廣泛應(yīng)用。
[0003] 二氧化鈦由于其在光催化、光解水、傳感器、染料敏化太陽(yáng)能電池和鋰離子電池等 領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，已經(jīng)成為材料領(lǐng)域研宄的熱點(diǎn)。常見(jiàn)的二氧化鈦主要包括四種 晶相：銳欽相、金紅石相、板欽礦相和TiOjB)相。在所有的晶相中，TiOjB)型―氧化欽 屬于單斜晶系，結(jié)構(gòu)最為疏松，具有較大的層間距以及較小的密度，有利于鋰離子的嵌入和 脫除，因而在鋰離子電池方面的應(yīng)用具有潛在的優(yōu)越性能。
[0004] 在很大程度上，Ti02(B)的尺寸、形貌和晶體的生長(zhǎng)方向都會(huì)影響其在鋰離子電 池中的應(yīng)用。比如，納米尺寸和交叉網(wǎng)絡(luò)可以縮短鋰離子及電子的傳輸距離，小尺寸的 Ti0 2(B)能夠擴(kuò)大電極與電解液的接觸面積，減小電流密度，降低電池內(nèi)阻，提高電池性 能。
[0005] 然而，目前二氧化鈦（B)負(fù)極材料依然存在循環(huán)性能與倍率充放電性能不好等問(wèn) 題，因此，開(kāi)發(fā)一種循環(huán)性能與倍率充放電性能好、首次充放電效率高的負(fù)極材料制備方法 是所屬領(lǐng)域的技術(shù)難題。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在之缺失，其主要目的是提供一種銳鈦礦Ti02 混合石墨烯的鋰離子電池材料，其能有效解決現(xiàn)有之二氧化鈦（B)負(fù)極材料循環(huán)性能與倍 率充放電性能不好等問(wèn)題。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下之技術(shù)方案： 一種銳鈦礦1102混合石墨烯的鋰離子電池材料，由下列重量份的原料制成：銳鈦礦 Ti02 3 60~390、石墨烯類(lèi)材料80~90、鎵粉6~8、銫粉4~6、鈷酸鋰4~6、氧化鈰 2~4、過(guò)硫酸銨2~3、離子液體70~80。
[0009] 作為一種優(yōu)選方案，所述離子液體為N-甲基丁基吡咯烷雙三氟甲磺酰亞胺鹽、 N-甲基丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽、1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽、1-乙 基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、三甲基丙銨雙三氟甲磺酰亞胺鹽及1-己基-3-甲基咪唑雙三 氟甲磺酰亞胺鹽中的至少一種。
[0010] 作為一種優(yōu)選方案，所述石墨烯類(lèi)材料為石墨烯或石墨烯衍生材料。
[0011] 作為一種優(yōu)選方案，所述石墨烯類(lèi)材料具有三維結(jié)構(gòu)，其表面含有大量納米級(jí)微 孔，微孔的孔徑為l〇nm~80nm，石墨稀類(lèi)材料的比表面積為1800cm 2/g~2800 cm2/g。
[0012] 作為一種優(yōu)選方案，所述石墨稀類(lèi)材料的導(dǎo)電率彡120mS/m。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，具體而言，由上述技術(shù)方案 可知： 通過(guò)配合采用銳鈦礦1102和石墨烯類(lèi)材料，并選用本發(fā)明配方，制備得到銳鈦礦TiO 2 混合石墨烯的鋰離子電池材料，取代了傳統(tǒng)之二氧化鈦（B)負(fù)極材料，本發(fā)明的導(dǎo)電性能和 機(jī)械性能得到了更大的提升，由于導(dǎo)電性能和機(jī)械性能的提升，作為鋰離子電池材料時(shí)，循 環(huán)性能與倍率充放電性能、首次充放電效率都得到進(jìn)一步的提升；并且，本發(fā)明制備方法工 藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本較低，制備過(guò)程簡(jiǎn)單易行。
[0014] 為更清楚地闡述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征和功效，下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā) 明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是本發(fā)明的制備流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 本發(fā)明揭示一種銳鈦礦1102混合石墨烯的鋰離子電池材料，由下列重量份的原料 制成：銳鈦礦Ti0 2 3 60~390、石墨烯類(lèi)材料80~90、鎵粉6~8、銫粉4~6、鈷酸鋰4~ 6、氧化鈰2~4、過(guò)硫酸銨2~3、離子液體70~80。所述石墨烯類(lèi)材料為石墨烯或石墨 烯衍生材料；所述石墨烯類(lèi)材料具有三維結(jié)構(gòu)，其表面含有大量納米級(jí)微孔，微孔的孔徑為 10nm~80nm，石墨稀類(lèi)材料的比表面積為1800cm 2/g~2800 cm2/g ;所述石墨稀類(lèi)材料的 導(dǎo)電率彡120mS/m。所述離子液體為N-甲基丁基吡咯烷雙三氟甲磺酰亞胺鹽、N-甲基丁基 哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽、1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽、1-乙基-3-甲基咪 唑四氟硼酸鹽、三甲基丙銨雙三氟甲磺酰亞胺鹽及1-己基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞 胺鹽中的至少一種。
[0017] 制備時(shí)，如圖1所示，包括有以下步驟： (1) 制備懸浮液：將石墨烯類(lèi)材料在濃酸環(huán)境中氧化得到氧化石墨烯類(lèi)材料，并經(jīng)過(guò)超 聲分散于分散劑中得到懸浮液； (2) 分散：將銳鈦礦Ti02、鎵粉、銫粉、鈷酸鋰、氧化鈰和過(guò)硫酸銨分散于溶劑中，超聲 2~3h，得到混合漿料； (3 )混合攪拌：將步驟（1)所得懸浮液和步驟（2 )所得混合漿料一并加入到高速攪拌機(jī) 中，攪拌速度為1000~1800 r/min，攪拌時(shí)間為2~3h ; (4) 干燥：將步驟（3)所得物料使用噴霧干燥機(jī)干燥成粉，噴霧干燥進(jìn)風(fēng)溫度為150~ 300 °C，出風(fēng)溫度為100~150 °C，恒流泵轉(zhuǎn)度80~100 r/min ; (5) 包裹：將離子液體以及步驟（4)所得的物料，加入到高速攪拌機(jī)中，使用轉(zhuǎn)速 2000~4000 r/min進(jìn)行分散2~4h ; (6) 燒結(jié)：將步驟（5)所得的物料置于氣氛保護(hù)爐中進(jìn)行燒結(jié)，以15~25°C /min的 升溫速率升至800~1000°C并保溫10~18小時(shí)即可。
[0018] 下面用具體實(shí)施例以及對(duì)比例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。
[0019] 實(shí)施例1 一種銳鈦礦1102混合石墨烯的鋰離子電池材料，由下列重量份的原料制成：銳鈦礦 Ti02 3 60、石墨烯類(lèi)材料80、鎵粉6、銫粉4、鈷酸鋰4、氧化鈰2、過(guò)硫酸銨2、離子液體 70。所述石墨烯類(lèi)材料為石墨烯；所述石墨烯類(lèi)材料具有三維結(jié)構(gòu)，其表面含有大量納米級(jí) 微孔，微孔的孔徑為l〇nm~80nm，石墨稀類(lèi)材料的比表面積為1800cm 2/g~2800 cm2/g ;所 述石墨烯類(lèi)材料的導(dǎo)電率多120mS/m。所述離子液體為N-甲基丁基吡咯烷雙三氟甲磺酰亞 胺鹽。
[0020] 制備時(shí)，包括有以下步驟： (1) 制備懸浮液：將石墨烯類(lèi)材料在濃酸環(huán)境中氧化得到氧化石墨烯類(lèi)材料，并經(jīng)過(guò)超 聲分散于分散劑中得到懸浮液； (2) 分散：將銳鈦礦Ti02、鎵粉、銫粉、鈷酸鋰、氧化鈰和過(guò)硫酸銨分散于溶劑中，超聲 2h，得到混合漿料； (3 )混合攪拌：將步驟（1)所得懸浮液和步驟（2 )所得混合漿料一并加入到高速攪拌機(jī) 中，攪拌速度為1000 r/min，攪拌時(shí)間為2h ; (4) 干燥：將步驟（3)所得物料使用噴霧干燥機(jī)干燥成粉，噴霧干燥進(jìn)風(fēng)溫度為150°C， 出風(fēng)溫度為l〇〇°C，恒流泵轉(zhuǎn)度80r/min ; (5) 包裹：將離子液體以及步驟（4)所得的物料，加入到高速攪拌機(jī)中，使用轉(zhuǎn)速2000 r/min進(jìn)行分散2h ; (6) 燒結(jié)：將步驟（5)所得的物料置于氣氛保護(hù)爐中進(jìn)行燒結(jié)，以15°C /min的升溫速 率升至800°C并保溫10小時(shí)即可。
[0021] 實(shí)施例2 一種銳鈦礦1102混合石墨烯的鋰離子電池材料，由下列重量份的原料制成：銳鈦礦 Ti02 3 90、石墨烯類(lèi)材料90、鎵粉8、銫粉6、鈷酸鋰6、氧化鈰4、過(guò)硫酸銨3、離子液體 80。所述石墨烯類(lèi)材料為石墨烯衍生材料；所述石墨烯類(lèi)材料具有三維結(jié)構(gòu)，其表面含有大 量納米級(jí)微孔，微孔的孔徑為l〇nm~80nm，石墨稀類(lèi)材料的比表面積為1800cm 2/g~2800 cm2/g ;所述石墨烯類(lèi)材料的導(dǎo)電率多120mS/m。所述離子液體為N-甲基丁基哌啶雙三氟甲 磺酰亞胺鹽。
[0022] 制備時(shí)，包括有以下步驟： (1) 制備懸浮液：將石墨烯類(lèi)材料在濃酸環(huán)境中氧化得到氧化石墨烯類(lèi)材料，并經(jīng)過(guò)超 聲分散于分散劑中得到懸浮液； (2) 分散：將銳鈦礦Ti02、鎵粉、銫粉、鈷酸鋰、氧化鈰和過(guò)硫酸銨分散于溶劑中，超聲 3h，得到混合漿料； (3 )混合攪拌：將步驟（1)所得懸浮液和步驟（2 )所得混合漿料一并加入到高速攪拌機(jī) 中，攪拌速度為1800 r/min，攪拌時(shí)間為3h ; (4) 干燥：將步驟（3)所得物料使用噴霧干燥機(jī)干燥成粉，噴霧干燥進(jìn)風(fēng)溫度為300 °C，出風(fēng)溫度為150 °C，恒流泵轉(zhuǎn)度100 r/min; (5) 包裹：將離子液體以及步驟（4)所得的物料，加入到高速攪拌機(jī)中，使用轉(zhuǎn)速4000 r/min進(jìn)行分散4h ; (6)燒結(jié)：將步驟（5)所得的物料置于氣氛保護(hù)爐中進(jìn)行燒結(jié)，以25°C /min的升溫速 率升至1000°C并保溫18小時(shí)即可。
[0023] 實(shí)施例3 一種銳鈦礦1102混合石墨烯的鋰離子電池材料，由下列重量份的原料制成：銳鈦礦 Ti02 3 7 5、石墨烯類(lèi)材料85、鎵粉7、銫粉5、鈷酸鋰5、氧化鈰3、過(guò)硫酸銨2. 5、離子液體 75。所述石墨烯類(lèi)材料為石墨烯；所述石墨烯類(lèi)材料具有三維結(jié)構(gòu)，其表面含有大量納米級(jí) 微孔，微孔的孔徑為l〇nm~80nm，石墨稀類(lèi)材料的比表面積為1800cm 2/g~2800 cm2/g ;所 述石墨烯類(lèi)材料的導(dǎo)電率多120mS/m。所述離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰 亞胺鹽。
[0024] 制備時(shí)，包括有以下步驟： (1) 制備懸浮液：將石墨烯類(lèi)材料在濃酸環(huán)境中氧化得到氧化石墨烯類(lèi)材料，并經(jīng)過(guò)超 聲分散于分散劑中得到懸浮液； (2) 分散：將銳鈦礦Ti02、鎵粉、銫粉、鈷酸鋰、氧化鈰和過(guò)硫酸銨分散于溶劑中，超聲 2. 5h，得到混合漿料； (3 )混合攪拌：將步驟（1)所得懸浮液和步驟（2 )所得混合漿料一并加入到高速攪拌機(jī) 中，攪拌速度為1400 r/min，攪拌時(shí)間為2. 5h ; (4) 干燥：將步驟（3)所得物料使用噴霧干燥機(jī)干燥成粉，噴霧干燥進(jìn)風(fēng)溫度為225 °C，出風(fēng)溫度為125 °C，恒流泵轉(zhuǎn)度90 r/min; (5) 包裹：將離子液體以及步驟（4)所得的物料，加入到高速攪拌機(jī)中，使用轉(zhuǎn)速3000 r/min進(jìn)行分散3h ; (6) 燒結(jié)：將步驟（5)所得的物料置于氣氛保護(hù)爐中進(jìn)行燒結(jié)，以20°C /min的升溫速 率升至900°C并保溫14小時(shí)即可。
[0025] 實(shí)施例4 一種銳鈦礦1102混合石墨烯的鋰離子電池材料，由下列重量份的原料制成：銳鈦礦 Ti02 3 70、石墨烯類(lèi)材料82、鎵粉6. 4、銫粉4. 5、鈷酸鋰4. 2、氧化鈰2. 3、過(guò)硫酸銨2. 2、 離子液體72。所述石墨烯類(lèi)材料為石墨烯衍生材料；所述石墨烯類(lèi)材料具有三維結(jié)構(gòu)， 其表面含有大量納米級(jí)微孔，微孔的孔徑為l〇nm~80nm，石墨稀類(lèi)材料的比表面積為 1800cm 2/g~2800 cm2/g ;所述石墨稀類(lèi)材料的導(dǎo)電率彡120mS/m。所述離子液