[发明专利]一种石墨烯包覆钛铌氧化物复合电极材料、锂一次电池及制备方法

说明书

本发明提供一种石墨烯包覆钛铌氧化物复合电极材料、锂一次电池及制备方法，复合电极材料包括TiNb_xO_(2+2.5x)内核和石墨烯包覆层，石墨烯包覆层的质量分数为0.01％‑5％，其中，x为1.8‑2.3。制备方法包括将钛源和铌源混合后烧结得到TiNb_xO_(2+2.5x)材料；将所得TiNb_xO_(2+2.5x)材料与石墨烯或石墨烯前驱体混合后烧结得到石墨烯包覆钛铌氧化物复合电极材料。锂一次电池以上述的石墨烯包覆钛铌氧化物复合电极材料为正极活性材料，以锂为负极活性材料。该复合电极材料利用TiNb_xO_(2+2.5x)的高储锂容量和石墨烯良好的导电特性，采用石墨烯包覆TiNb_xO_(2+2.5x)材料，大大提升材料克容量发挥和倍率性能。制备方法简单，成本低。该锂一次电池能量密度高，安全可靠性高，具备大电流脉冲特性。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料技术领域，尤其是涉及一种石墨烯包覆钛铌氧化物复合电极材料、锂一次电池及制备方法。

背景技术

锂一次电池的具有能量密度高、质量轻、体积小等优势，广泛用于各种电子设备的主电源和存储器备用电源，近年来，随着汽车的优化升级，期待在车领域发展锂一次电池的用途。基于这样的背景，要求在维持作为锂一次电池的特征的高能量密度的状态下，提高锂一次电池的安全性能，提高输出特性、特别是作为瞬时的大电流特性的脉冲(间歇)放电特性至关重要。传统的锂一次电池不具有大电流脉冲放电特性，故不能满足现代汽车发展的需要。

自2010年，Goodenough教授报道了TiNb₂O₇材料具备储锂性能后，TiNb₂O₇材料引起的行业的关注。钛铌氧化物TiNbxO7属于“剪切面ReO3结构”，此结构比单纯的ReO3更适合锂离子的嵌入和脱出，且其空间结构基本不发生变化，故其在嵌锂过程中较安全；而且在嵌脱锂的过程中，能够发生5电子的转移，对应着5个电对的氧化还原反应，理论容量为387.6mAh/g。因此，其安全性跟钛酸锂一样高，但容量能够增加四成，其作为锂电池电极材料有非常广阔的前景。但是，TiNb₂O₇几乎为绝缘体，其导电率低，作为锂电池电极材料使用时，仍存在输出功率大时容量大幅降低的问题。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种石墨烯包覆钛铌氧化物复合电极材料、锂一次电池及制备方法，石墨烯具有良好的导电率，将石墨烯与TiNb_xO_(2+2.5x)复合可得到导电率较好的类石墨烯包覆TiNb_xO_(2+2.5x)复合电极材料，大大改善电极材料充放电的性能，得到的锂一次电池能量密度高，安全可靠性高，具备大电流脉冲特性。

为解决上述技术问题，本发明的一个目的是提供一种石墨烯包覆钛铌氧化物复合电极材料，包括TiNb_xO_(2+2.5x)内核和石墨烯包覆层，石墨烯包覆层的质量分数为0.01％-5％，其中，x为1.8-2.3，优选的，石墨烯包覆层的质量分数为0.1％-2％，优选的，x为1.9-2.0。

本发明的另一目的是提供一种制备上述的石墨烯包覆钛铌氧化物复合电极材料的方法，其特征在于：包括：

第一步、将钛源和铌源混合后烧结得到TiNb_xO_(2+2.5x)材料，优选的，钛源与铌源摩尔比为Ti：Nb＝1：1.5-1：2.5；

第二步、将第一步所得TiNb_xO_(2+2.5x)材料与石墨烯或石墨烯前驱体混合后烧结得到石墨烯包覆钛铌氧化物复合电极材料。