一种钛酸锂‑石墨烯复合负极材料的制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种钛酸锂‑石墨烯复合负极材料的制备方法，本发明专利技术先分别配制锂源溶液和钛源溶液，再将锂源溶液缓慢滴加到钛源溶液中，并调节混合液的酸碱度，得到钛酸锂前驱体溶胶，再加入石墨烯进行烧结，从而获得钛酸锂‑石墨烯复合材料，制备方法成本低廉，工艺简单，制备过程容易控制；其中，本发明专利技术制备方法采用滴加法来混合锂源溶液和钛源溶液，这样能够有效延长反应时间以降低颗粒的团聚，增加粒子之间的导电度，有利于大倍率放电；因此，采用本发明专利技术方法制备的钛酸锂‑石墨烯复合负极材料，可以极大的改善钛酸锂的导电性，提高其大倍率性能，同时可以使钛酸锂表面包覆更加均匀，包覆层紧密度更高。

A preparation method of lithium titanate graphene composite cathode material

The invention belongs to the technical field of lithium ion battery materials, particularly relates to a method for preparing lithium titanate graphene composite cathode materials, the invention first separately prepared lithium source solution and titanium source solution, then the lithium source solution is slowly added into titanium source solution, and adjust the mixture of acid alkalinity, get lithium titanate the precursor sol, adding graphene were sintered to obtain lithium titanate graphene composite materials, the preparation method has the advantages of low cost, simple process, easy to control the preparation process; the preparation method of the invention is to mix the lithium source solution and titanium source solution by dripping method, it can effectively extend to reduce particle the reunion of the reaction time, increase the conductivity between the particles, is conducive to high discharge rate; therefore, graphene composite lithium titanate anode material prepared by the method of the invention can greatly. It can improve the conductivity of lithium titanate and improve its high magnification performance. At the same time, it can make the surface of lithium titanate coating more evenly and the coating more compact.

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸锂-石墨烯复合负极材料的制备方法
本专利技术属于锂离子电池材料
，尤其涉及一种钛酸锂-石墨烯复合负极材料的制备方法。
技术介绍
锂离子动力电池是新能源汽车的心脏，决定了电动汽车的使用性能，因而电池的安全性和循环寿命将变得更加重要，是新能源汽车产业发展的关键。众所周知，锂离子电池具有工作电压高、比能量大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应等优点，是目前电动汽车的主要动力源。其中，钛酸锂作为锂离子动力电池负极材料具有良好的电化学性能和安全性能，符合锂离子动力电池向能量密度更高、成本更低方向发展的要求。然而，钛酸锂本身是一种导电性能较差的材料，严重制约了电池的充放电性能。研究发现，加入石墨烯等碳材料后，有助于提高其导电性，同时减缓了循环过程中嵌入或脱出过程对钛酸锂结构的破坏，大大提升充放电循环性能。目前，科研人员在钛酸锂与石墨烯复合方面进行了大量尝试，试图改善电池的工作性能。如中国专利CN201210043030.1、CN201210203211.6等提供的碳包覆钛酸锂制备方法。这些方法将石墨烯与钛酸锂复合后，尽管倍率性能和高温性能得到提高。但该方法得到的复合材料仍存在表面包覆层紧密度较差、材料之间的接触电阻较高和包覆不均匀等问题。此外，中国专利CN201610218313.3公开的制备方法中采用双组分螯合剂法来制得钛酸锂-石墨烯复合材料，虽然能够在一定程度提高钛酸锂表面的包覆层紧密度；然而，由于该方法添加了双组分螯合剂，一方面，这使得制备过程中颗粒之间的反应时间大大缩短，并加速了颗粒之间的团聚，使获得的复合材料依然存在钛酸锂表面包覆不均匀，包覆层致密度不够的问题；另一方面，使用双组分螯合剂的成本较高，大大增加了制造成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种导电率高、钛酸锂表面包覆均匀、包覆层致密度高的钛酸锂-石墨烯复合负极材料的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种钛酸锂-石墨烯复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将锂源化合物和去离子水按质量比(1～10)：(90～99)混合配成锂源溶液；步骤二、将乙醇与酸按体积比1：0.01～0.1预混，再加入钛源化合物配成钛源溶液；步骤三、在搅拌条件下，按照物质的量比Li：Ti＝0.6～1.0：1，用滴液漏斗将步骤一配制的锂源溶液缓慢滴加到步骤二配制的钛源溶液中；滴加完成后，用氨水调节pH值至7～9，继续搅拌2h以上，得到混合均匀的钛酸锂前驱体溶胶；步骤四、在超声波条件下，将石墨烯加入到步骤三配制的钛酸锂前驱体溶胶中，对所得溶液进行抽滤、洗涤、干燥；最后在惰性气氛下于600～800℃烧结8～24h，冷却后即得到钛酸锂-石墨烯复合材料。优选地，步骤一中所述的锂源化合物为氢氧化锂、醋酸锂、硫酸锂、草酸锂、碳酸锂、氯化锂、磷酸锂、硝酸锂或硫化锂。优选地，步骤二中所述的钛源化合物为钛酸四正丁酯或钛酸四异丙酯。优选地，步骤二中钛源化合物与乙醇的体积比为1：5～20。优选地，步骤二中所述的酸为硝酸、盐酸、醋酸、酒石酸、草酸、苹果酸、枸椽酸、抗坏血酸、苯甲酸、水杨酸、咖啡酸中的一种或其组合。优选地，步骤三中锂源溶液的滴加速度为0.1～10ml/min。需要说明的是，本专利技术制备方法中对滴加速度的控制极为重要；若滴加速度过快，会导致有效反应时间过短，使锂源和钛源无法充分反应，形成钛酸锂颗粒团聚，这样不仅会大大降低粒子之间的导电度，也会影响后续石墨烯材料包覆的均匀度和紧密度。优选地，步骤三中锂源溶液的滴加速度为1～5ml/min，这是较佳的滴加速度。优选地，步骤四中石墨烯与钛酸锂的质量比为1～10：100。优选地，步骤四中得到的钛酸锂-石墨烯复合材料中的钛酸锂是纳米片状钛酸锂。这样可以充分利用同维结构材料结合紧密的特点，利用所制备的纳米片状钛酸锂，与同为片状的石墨烯充分混合接触，使石墨烯包覆更加紧密、均匀，同时极大地提高了钛酸锂材料的电子电导和离子电导，使其成为具有非常良好的高倍率充放电性能的负极材料。优选地，步骤四中所述的惰性气氛为氮气、氩气或氦气。相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术先分别配制锂源溶液和钛源溶液，再将锂源溶液缓慢滴加到钛源溶液中，并调节混合液的酸碱度，得到钛酸锂前驱体溶胶，再加入石墨烯进行烧结，从而获得钛酸锂-石墨烯复合材料，制备方法成本低廉，工艺简单，制备过程容易控制，适合于大规模的工业化生产；其中，本专利技术制备方法采用滴加法来混合锂源溶液和钛源溶液，这样能够有效延长反应时间以降低颗粒的团聚，增加粒子之间的导电度，有利于大倍率放电；因此，采用本专利技术方法制备的钛酸锂-石墨烯复合负极材料，可以极大的改善钛酸锂的导电性，提高其大倍率性能，同时可以使钛酸锂表面包覆更加均匀，包覆层紧密度更高。具体实施方式为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本实施例提供一种钛酸锂-石墨烯复合负极材料的制备方法，其包括以下步骤：步骤1)、将氢氧化锂和去离子水按质量比5：95混合配成锂源溶液；步骤2)、将乙醇与硝酸按体积比1：0.05预混，再加入钛酸四正丁酯配成钛源溶液，钛酸四正丁酯与乙醇的体积比为1：10；步骤3)、在搅拌条件下，按照物质的量比Li：Ti＝1.0：1，用滴液漏斗将步骤1)配制的锂源溶液缓慢滴加到步骤2)配制的钛源溶液中，滴加速度为0.1ml/min；滴加完成后，用氨水调节pH值至8，继续搅拌2h以上，得到混合均匀的钛酸锂前驱体溶胶；步骤4)、在超声波条件下，按照终产物中石墨烯与钛酸锂的质量比为10：100的比例，将石墨烯加入到步骤3)配制的钛酸锂前驱体溶胶中，对所得溶液进行抽滤、洗涤、干燥；最后在氩气气氛下于700℃烧结16h，冷却后即得到钛酸锂-石墨烯复合材料。实施例2本实施例提供一种钛酸锂-石墨烯复合负极材料的制备方法，其包括以下步骤：步骤1)、将醋酸锂和去离子水按质量比1：99混合配成锂源溶液；步骤2)、将乙醇与醋酸按体积比1：0.01预混，再加入钛酸四异丙酯配成钛源溶液，钛酸四异丙酯与乙醇的体积比为1：20；步骤3)、在搅拌条件下，按照物质的量比Li：Ti＝0.6：1，用滴液漏斗将步骤1)配制的锂源溶液缓慢滴加到步骤2)配制的钛源溶液中，滴加速度为1ml/min；滴加完成后，用氨水调节pH值至8，继续搅拌2h以上，得到混合均匀的钛酸锂前驱体溶胶；步骤4)、在超声波条件下，按照终产物中石墨烯与钛酸锂的质量比为1：100的比例，将石墨烯加入到步骤3)配制的钛酸锂前驱体溶胶中，对所得溶液进行抽滤、洗涤、干燥；最后在氮气气氛下于600℃烧结24h，冷却后即得到钛酸锂-石墨烯复合材料。实施例3本实施例提供一种钛酸锂-石墨烯复合负极材料的制备方法，其包括以下步骤：步骤1)、将草酸锂和去离子水按质量比10：90混合配成锂源溶液；步骤2)、将乙醇与草酸按体积比1：0.1预混，再加入钛酸四正丁酯配成钛源溶液，钛酸四正丁酯与乙醇的体积比为1：5；步骤3)、在搅拌条件下，按本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛酸锂‑石墨烯复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将锂源化合物和去离子水按质量比(1～10)：(90～99)混合配成锂源溶液；步骤二、将乙醇与酸按体积比1：0.01～0.1预混，再加入钛源化合物配成钛源溶液；步骤三、在搅拌条件下，按照物质的量比Li：Ti＝0.6～1.0：1，用滴液漏斗将步骤一配制的锂源溶液缓慢滴加到步骤二配制的钛源溶液中；滴加完成后，用氨水调节pH值至7～9，继续搅拌2h以上，得到混合均匀的钛酸锂前驱体溶胶；步骤四、在超声波条件下，将石墨烯加入到步骤三配制的钛酸锂前驱体溶胶中，对所得溶液进行抽滤、洗涤、干燥；最后在惰性气氛下于600～800℃烧结8～24h，冷却后即得到钛酸锂‑石墨烯复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种钛酸锂-石墨烯复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将锂源化合物和去离子水按质量比(1～10)：(90～99)混合配成锂源溶液；步骤二、将乙醇与酸按体积比1：0.01～0.1预混，再加入钛源化合物配成钛源溶液；步骤三、在搅拌条件下，按照物质的量比Li：Ti＝0.6～1.0：1，用滴液漏斗将步骤一配制的锂源溶液缓慢滴加到步骤二配制的钛源溶液中；滴加完成后，用氨水调节pH值至7～9，继续搅拌2h以上，得到混合均匀的钛酸锂前驱体溶胶；步骤四、在超声波条件下，将石墨烯加入到步骤三配制的钛酸锂前驱体溶胶中，对所得溶液进行抽滤、洗涤、干燥；最后在惰性气氛下于600～800℃烧结8～24h，冷却后即得到钛酸锂-石墨烯复合材料。2.根据权利要求1所述的钛酸锂-石墨烯复合负极材料的制备方法，其特征在于：步骤一中所述的锂源化合物为氢氧化锂、醋酸锂、硫酸锂、草酸锂、碳酸锂、氯化锂、磷酸锂、硝酸锂或硫化锂。3.根据权利要求1所述的钛酸锂-石墨烯复合负极材料的制备方法，其特征在于：步骤二中所述的钛源化合物为钛酸四正丁酯或钛酸四异丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：武俊伟，白赟，顾文亮，赵玲，张新河，
申请(专利权)人：东莞市迈科科技有限公司，哈尔滨工业大学深圳研究生院，东莞市迈科新能源有限公司，东莞市迈科锂离子电池工业节能技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44