混合石墨烯的锂离子电池材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电池材料领域技术，尤其是指一种锐钛矿11〇2混合石墨烯的锂离子电 池材料。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池由于其能量密度高、循环性能好，得到了广泛的应用，在很多领域逐渐 取代了传统的铅酸电池等化学电源。特别是随着能源与环境问题的日益凸显，新能源产业 得到了越来越多的重视。混合动力汽车和电动汽车行业发展迅速，锂离子电池作为其中重 要的储能装置被广泛应用。
[0003] 二氧化钛由于其在光催化、光解水、传感器、染料敏化太阳能电池和锂离子电池等 领域具有广阔的应用前景，已经成为材料领域研宄的热点。常见的二氧化钛主要包括四种 晶相：锐钦相、金红石相、板钦矿相和TiOjB)相。在所有的晶相中，TiOjB)型―氧化钦 属于单斜晶系，结构最为疏松，具有较大的层间距以及较小的密度，有利于锂离子的嵌入和 脱除，因而在锂离子电池方面的应用具有潜在的优越性能。
[0004] 在很大程度上，Ti02(B)的尺寸、形貌和晶体的生长方向都会影响其在锂离子电 池中的应用。比如，纳米尺寸和交叉网络可以缩短锂离子及电子的传输距离，小尺寸的 Ti0 2(B)能够扩大电极与电解液的接触面积，减小电流密度，降低电池内阻，提高电池性 能。
[0005] 然而，目前二氧化钛（B)负极材料依然存在循环性能与倍率充放电性能不好等问 题，因此，开发一种循环性能与倍率充放电性能好、首次充放电效率高的负极材料制备方法 是所属领域的技术难题。
[0006]
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种锐钛矿Ti02 混合石墨烯的锂离子电池材料，其能有效解决现有之二氧化钛（B)负极材料循环性能与倍 率充放电性能不好等问题。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案： 一种锐钛矿1102混合石墨烯的锂离子电池材料，由下列重量份的原料制成：锐钛矿 Ti02 3 60~390、石墨烯类材料80~90、镓粉6~8、铯粉4~6、钴酸锂4~6、氧化铈 2~4、过硫酸铵2~3、离子液体70~80。
[0009] 作为一种优选方案，所述离子液体为N-甲基丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐、 N-甲基丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙 基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、三甲基丙铵双三氟甲磺酰亚胺盐及1-己基-3-甲基咪唑双三 氟甲磺酰亚胺盐中的至少一种。
[0010] 作为一种优选方案，所述石墨烯类材料为石墨烯或石墨烯衍生材料。
[0011] 作为一种优选方案，所述石墨烯类材料具有三维结构，其表面含有大量纳米级微 孔，微孔的孔径为l〇nm~80nm，石墨稀类材料的比表面积为1800cm 2/g~2800 cm2/g。
[0012] 作为一种优选方案，所述石墨稀类材料的导电率彡120mS/m。
[0013] 本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案 可知： 通过配合采用锐钛矿1102和石墨烯类材料，并选用本发明配方，制备得到锐钛矿TiO 2 混合石墨烯的锂离子电池材料，取代了传统之二氧化钛（B)负极材料，本发明的导电性能和 机械性能得到了更大的提升，由于导电性能和机械性能的提升，作为锂离子电池材料时，循 环性能与倍率充放电性能、首次充放电效率都得到进一步的提升；并且，本发明制备方法工 艺简单，生产成本较低，制备过程简单易行。
[0014] 为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发 明进行详细说明。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明的制备流程示意图。
【具体实施方式】
[0016] 本发明揭示一种锐钛矿1102混合石墨烯的锂离子电池材料，由下列重量份的原料 制成：锐钛矿Ti0 2 3 60~390、石墨烯类材料80~90、镓粉6~8、铯粉4~6、钴酸锂4~ 6、氧化铈2~4、过硫酸铵2~3、离子液体70~80。所述石墨烯类材料为石墨烯或石墨 烯衍生材料；所述石墨烯类材料具有三维结构，其表面含有大量纳米级微孔，微孔的孔径为 10nm~80nm，石墨稀类材料的比表面积为1800cm 2/g~2800 cm2/g ;所述石墨稀类材料的 导电率彡120mS/m。所述离子液体为N-甲基丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐、N-甲基丁基 哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪 唑四氟硼酸盐、三甲基丙铵双三氟甲磺酰亚胺盐及1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚 胺盐中的至少一种。
[0017] 制备时，如图1所示，包括有以下步骤： (1) 制备悬浮液：将石墨烯类材料在浓酸环境中氧化得到氧化石墨烯类材料，并经过超 声分散于分散剂中得到悬浮液； (2) 分散：将锐钛矿Ti02、镓粉、铯粉、钴酸锂、氧化铈和过硫酸铵分散于溶剂中，超声 2~3h，得到混合浆料； (3 )混合搅拌：将步骤（1)所得悬浮液和步骤（2 )所得混合浆料一并加入到高速搅拌机 中，搅拌速度为1000~1800 r/min，搅拌时间为2~3h ; (4) 干燥：将步骤（3)所得物料使用喷雾干燥机干燥成粉，喷雾干燥进风温度为150~ 300 °C，出风温度为100~150 °C，恒流泵转度80~100 r/min ; (5) 包裹：将离子液体以及步骤（4)所得的物料，加入到高速搅拌机中，使用转速 2000~4000 r/min进行分散2~4h ; (6) 烧结：将步骤（5)所得的物料置于气氛保护炉中进行烧结，以15~25°C /min的 升温速率升至800~1000°C并保温10~18小时即可。
[0018] 下面用具体实施例以及对比例对本发明进行说明。
[0019] 实施例1 一种锐钛矿1102混合石墨烯的锂离子电池材料，由下列重量份的原料制成：锐钛矿 Ti02 3 60、石墨烯类材料80、镓粉6、铯粉4、钴酸锂4、氧化铈2、过硫酸铵2、离子液体 70。所述石墨烯类材料为石墨烯；所述石墨烯类材料具有三维结构，其表面含有大量纳米级 微孔，微孔的孔径为l〇nm~80nm，石墨稀类材料的比表面积为1800cm 2/g~2800 cm2/g ;所 述石墨烯类材料的导电率多120mS/m。所述离子液体为N-甲基丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚 胺盐。
[0020] 制备时，包括有以下步骤： (1) 制备悬浮液：将石墨烯类材料在浓酸环境中氧化得到氧化石墨烯类材料，并经过超 声分散于分散剂中得到悬浮液； (2) 分散：将锐钛矿Ti02、镓粉、铯粉、钴酸锂、氧化铈和过硫酸铵分散于溶剂中，超声 2h，得到混合浆料； (3 )混合搅拌：将步骤（1)所得悬浮液和步骤（2 )所得混合浆料一并加入到高速搅拌机 中，搅拌速度为1000 r/min，搅拌时间为2h ; (4) 干燥：将步骤（3)所得物料使用喷雾干燥机干燥成粉，喷雾干燥进风温度为150°C， 出风温度为l〇〇°C，恒流泵转度80r/min ; (5) 包裹：将离子液体以及步骤（4)所得的物料，加入到高速搅拌机中，使用转速2000 r/min进行分散2h ; (6) 烧结：将步骤（5)所得的物料置于气氛保护炉中进行烧结，以15°C /min的升温速 率升至800°C并保温10小时即可。
[0021] 实施例2 一种锐钛矿1102混合石墨烯的锂离子电池材料，由下列重量份的原料制成：锐钛矿 Ti02 3 90、石墨烯类材料90、镓粉8、铯粉6、钴酸锂6、氧化铈4、过硫酸铵3、离子液体 80。所述石墨烯类材料为石墨烯衍生材料；所述石墨烯类材料具有三维结构，其表面含有大 量纳米级微孔，微孔的孔径为l〇nm~80nm，石墨稀类材料的比表面积为1800cm 2/g~2800 cm2/g ;所述石墨烯类材料的导电率多120mS/m。所述离子液体为N-甲基丁基哌啶双三氟甲 磺酰亚胺盐。
[0022] 制备时，包括有以下步骤： (1) 制备悬浮液：将石墨烯类材料在浓酸环境中氧化得到氧化石墨烯类材料，并经过超 声分散于分散剂中得到悬浮液； (2) 分散：将锐钛矿Ti02、镓粉、铯粉、钴酸锂、氧化铈和过硫酸铵分散于溶剂中，超声 3h，得到混合浆料； (3 )混合搅拌：将步骤（1)所得悬浮液和步骤（2 )所得混合浆料一并加入到高速搅拌机 中，搅拌速度为1800 r/min，搅拌时间为3h ; (4) 干燥：将步骤（3)所得物料使用喷雾干燥机干燥成粉，喷雾干燥进风温度为300 °C，出风温度为150 °C，恒流泵转度100 r/min; (5) 包裹：将离子液体以及步骤（4)所得的物料，加入到高速搅拌机中，使用转速4000 r/min进行分散4h ; (6)烧结：将步骤（5)所得的物料置于气氛保护炉中进行烧结，以25°C /min的升温速 率升至1000°C并保温18小时即可。
[0023] 实施例3 一种锐钛矿1102混合石墨烯的锂离子电池材料，由下列重量份的原料制成：锐钛矿 Ti02 3 7 5、石墨烯类材料85、镓粉7、铯粉5、钴酸锂5、氧化铈3、过硫酸铵2. 5、离子液体 75。所述石墨烯类材料为石墨烯；所述石墨烯类材料具有三维结构，其表面含有大量纳米级 微孔，微孔的孔径为l〇nm~80nm，石墨稀类材料的比表面积为1800cm 2/g~2800 cm2/g ;所 述石墨烯类材料的导电率多120mS/m。所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰 亚胺盐。
[0024] 制备时，包括有以下步骤： (1) 制备悬浮液：将石墨烯类材料在浓酸环境中氧化得到氧化石墨烯类材料，并经过超 声分散于分散剂中得到悬浮液； (2) 分散：将锐钛矿Ti02、镓粉、铯粉、钴酸锂、氧化铈和过硫酸铵分散于溶剂中，超声 2. 5h，得到混合浆料； (3 )混合搅拌：将步骤（1)所得悬浮液和步骤（2 )所得混合浆料一并加入到高速搅拌机 中，搅拌速度为1400 r/min，搅拌时间为2. 5h ; (4) 干燥：将步骤（3)所得物料使用喷雾干燥机干燥成粉，喷雾干燥进风温度为225 °C，出风温度为125 °C，恒流泵转度90 r/min; (5) 包裹：将离子液体以及步骤（4)所得的物料，加入到高速搅拌机中，使用转速3000 r/min进行分散3h ; (6) 烧结：将步骤（5)所得的物料置于气氛保护炉中进行烧结，以20°C /min的升温速 率升至900°C并保温14小时即可。
[0025] 实施例4 一种锐钛矿1102混合石墨烯的锂离子电池材料，由下列重量份的原料制成：锐钛矿 Ti02 3 70、石墨烯类材料82、镓粉6. 4、铯粉4. 5、钴酸锂4. 2、氧化铈2. 3、过硫酸铵2. 2、 离子液体72。所述石墨烯类材料为石墨烯衍生材料；所述石墨烯类材料具有三维结构， 其表面含有大量纳米级微孔，微孔的孔径为l〇nm~80nm，石墨稀类材料的比表面积为 1800cm 2/g~2800 cm2/g ;所述石墨稀类材料的导电率彡120mS/m。所述离子液