[发明专利]石墨烯担载纳米二氧化钛为正极材料的锂离子电池的制备

说明书

本发明涉及锂离子电池制备技术，旨在提供一种石墨烯担载纳米二氧化钛为正极材料的锂离子电池的制备方法。包括：将单水葡萄糖、尿素和偏硼酸锂球磨混合，经三次升温后冷却至室温；将得到的碳担载纳米硼锂合金与乙炔黑和Nafion溶液混合研磨，调制成膏状后涂敷到泡沫镍中；阴干后压制成型，得到负极；按正极、隔膜、负极的顺序排列组成电池结构；电解液以LiPF₆为溶质，以碳酸乙烯酯、碳酸甲酯与碳酸二甲酯的混和物为溶剂，电解液中含六氟磷酸锂。本发明具有良好化学稳定性以及很高的氢过电位的优点，完全消除了氢发生的可能，一种高容量的安全锂离子电池。该锂离子电池开路电压为1.8V，能有效抑制充电时氢气的发生，为电动汽车提供安全可靠的高能动力电池。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池的制备方法，更具体地说，本发明涉及将葡萄糖、尿素、钛酸四丁酯和NaCl-KCl共晶盐球磨混合，通过煅烧后，用水清洗掉盐分，得到石墨烯担载纳米TiO₂作为水性电解液锂离子电池正极材料；将葡萄糖、尿素和偏硼酸锂球磨混合，通过煅烧后，得到碳载担载纳米硼锂作为锂离子电池负极材料，以及使用石墨烯担载纳米TiO₂为正极材料，碳载硼锂合金为负极材料的锂离子电池的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有重量轻、容量大、无记忆效应等优点，因而得到了普遍应用。现在的许多数码设备都采用了锂离子电池作电源。锂离子电池的能量密度很高，它的容量是同重量的镍氢电池的1.5～2倍，而且具有很低的自放电率、不含有毒物质等优点是它广泛应用的重要原因。传统锂离子电池以石墨阳极材料为例，充放电过程中负极反应：

C₆+xLi⁺+xe＝Li_xC₆

由于Li_xC₆的高度活泼性，很容易被空气和水氧化，因此通常使用有机溶剂配制成电解液。而且，电解液中水含量也会导致氧化反应的发生，引起锂离子电池爆炸，起火，发生安全事故。有机电解液沸点低，易燃，是大容量锂离子电池广泛应用于电动车辆的主要障碍之一。

而金属锂负极在水溶液中会发生剧烈反应，引发电池热失控。另外，锂离子的还原电位显著低于质子的还原电位，水的理论分解电压只有1.23V，使用若有机电解液中水含量过高，导致充电时氢气生成，造成安全隐患。传统锂离子电池对电解液中水分的含量极其敏感，其安全性完全取决于电解液的品质，特别要求极低的含水量。

作为锂离子电池的负极材料必须是具备以下要求：(1)锂贮存量高；(2)锂在负极材料中的嵌入、脱嵌反应快，即锂离子在固相中的扩散系数大，在电极－电解液界面的移动阻抗小；(3)锂离子在电极材料中的存在状态稳定，对电解液中含水量不敏感；(4)在电池的充放电循环中，负极材料体积变化小；(5)电子导电性高；(6)负极材料在电解液中不溶解。

硼锂合金能够可逆脱嵌锂，硼的理论嵌锂容量高达3100mAh/g，是石墨的8.34倍，而且，氢在硼上的过电位很高，质子难以被还原，锂能顺利嵌入硼点阵，却抑制了氢气的发生。并且，硼锂合金在电解液含水量较高时仍具有有很好的化学稳定性，是非常理想的锂离子电池的负极材料，有效提高锂离子电池的安全性。配对TiO₂正极，电动势为1.8V，在氢过电位的作用下，完全抑制了氢的发生，提高电池的安全性，这一点作为汽车动力电池尤为重要。

二氧化钛(化学式：TiO₂)，白色固体或粉末状的两性氧化物，俗称钛白。钛白的粘附力强，不易起化学变化。它的熔点很高，被用来制造耐火玻璃，釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。自然界中二氧化钛有3种晶型，锐钛矿型、金红石型和板钛矿型。金红石型的TiO₂是最稳定的晶体结构，晶格中的缺陷较少。二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。