[发明专利]一种石墨烯/LiTi2(PO4)3锂电池负极材料及制备方法

说明书

本发明属于锂电池制备的技术领域，具体涉及一种石墨烯/LiTi₂(PO₄)₃锂电池负极材料及制备方法。本发明一种石墨烯/LiTi₂(PO₄)₃锂电池负极材料及制备方法，由于利用聚乙烯醇辅助的溶胶‑凝胶法来取代传统的高温固相合成方法得到了纳米尺度的大孔LiTi₂(PO₄)₃，材料颗粒较小，表面包覆石墨烯层后电导率有所提高，LiTi₂(PO₄)₃表现出良好的大电流充电的性能，在20C的充放电倍率下比容量仍保持85%以上。包覆层能够让锂离子通过，从而有效阻止了电极材料与水的副反应的发生，使得LiTi₂(PO₄)₃的循环性能得到大幅度提高，同时具有优异的电化学性能和稳定性。

技术领域

本发明属于锂电池制备的技术领域，具体涉及一种石墨烯/LiTi₂(PO₄)₃锂电池负极材料及制备方法。

背景技术

自 1990 年采用锂离子嵌入化合物（碳和钴酸锂）和有机电解液的锂离子电池商品化以来，以其高比能量的优点，迅速占领小型电池市场，并已广泛用于移动电话、笔记本电脑、摄像机等各种通讯器件。然而，尽管有机系锂离子电池具有诸多优势，但其使用的有机溶剂不仅有毒而且易燃，如果使用不恰当，会带来很多安全性问题。此外生产成本也因无水操作环境而大大提高，这些不足大大限制了其在大型储能电池中的应用。为了解决锂离子电池安全性的问题，一方面可以选择高安全性的电极材料，或采用过充电保护剂，也可以加入不燃性电解液；另一个相对有效的方法是采用水溶液电解液，因为水溶液电解液比有机电解液的离子电导率提高了几个数量级，电池的比功率可望得到提高。此外，还能避免采用有机电解液所必需的苛刻的组装条件，大大降低了成本。由于水系锂离子电池具有无环境污染、价格低廉、功率高和安全性能高等优点，成为具有开发和应用潜力的新一代储能器件。对水系锂离子电池及其相关材料的研究也将成为电化学储能领域研究的热点之一。

水系锂离子电池具有价格低廉，无环境污染，安全性能高，高功率等优点，这种电池将来可望用于风力、太阳能发电等能量储存、智能电网峰谷调荷和短距离电动公交车等。1994年，Dahn研究组在美国Science杂志首次报道了一种用水溶液电解质的锂离子电池，负极采用VO2，正极采用 LiMn2O4，电解质溶液为微碱性的Li2SO4溶液，其平均工作电压1.5V，实际应用中这种电池的能量密度接近40Wh/kg，大于铅酸电池（30Wh/kg），与Ni-Cd电池相当，但循环性能很差，使该种电池寿命较短。为了提高循环性能，提高电池充电次数，过去的许多研究集中在研究合适的电极材料上，以提高循环性能。复旦大学通过理论和实验证实，在水和氧气存在下，作为电池负极的电极材料会被氧气氧化是造成水系锂离子电池容量衰减的主要原因。

中国发明专利申请号201510184862.9公开了一种水系锂（钠）离子电池混合负极材料。混合负极材料由：离子嵌入型化合物、导电材料、能可逆储存碱金属或碱土金属离子的有机化合物或高分子聚合物三种类型材料按一定质量比例混合而成；其混合方式包括原位生长以及各组成部分直接机械混合。以这种混合电极材料为负极组装的水系锂（钠）离子电池具有长的循环寿命、大功率、高安全性、低成本和无环境污染的特点，特别适合于作为短距离电动汽车的动力电池和智能电网的储能电池。