[发明专利]一种改性钛酸锂/氧化还原石墨烯复合负极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种改性钛酸锂/氧化还原石墨烯复合负极材料的制备方法，该方法采用碳包覆的二氧化钛，与锂源进行水热反应，可以减少钛酸锂在高温下的团聚，同时包覆的碳层与石墨烯化学性质类似，可以促进钛酸锂与石墨烯的复合，而且复合时加入一定量的还原剂，不仅可充分将氧化石墨烯还原为石墨烯，而且可进一步提高钛酸锂与石墨烯之间的附着力，有利于石墨烯导电网络的形成。最后经气体氟化处理，不仅反应速度较快，氟化程度高，而且氟化均匀，因此，通过本发明提供的方法，在未使用高浓度的酸和碱的条件下，不仅得到性能优异的产品，而且显著缩短了制备时间。

【技术领域】

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种改性钛酸锂/氧化还原石墨烯复合负极材料的制备方法。

【背景技术】

钛酸锂材料一般在电池中作为负极材料使用，其尖晶石型在锂离子嵌入脱出时晶格常数变化很小，称为“零应变材料”，因此具有优异的电化学稳定性，避免了固体电解质界面膜和锂晶枝的产生。但是，钛酸锂作为一种绝缘材料，导电率低，倍率性能差，而且在使用过程中产生胀气，严重阻碍了其大规模应用。

为改善上述问题，目前有几种方法，一是采用包覆技术，如石墨烯包覆、碳包覆或金属氧化物包覆，既可以提高电导率，又可以减少钛酸锂与电解液的接触，减少胀气的影响，二是采用离子掺杂，如氟、氮和金属氧化物掺杂，也可以显著提高电子导电率和充放电倍率。

在此基础上，Guorong Hu，Jilin Wu等提供了一种表面氟化处理的钛酸锂石墨烯复合纳米材料【Guorong Hu，Jilin Wu，Ke Du，Zhongdong Peng，Ming Jia，Hao Yang，Yanbing Cao，J.Applied Surface Science 479(2019)158-166】，其先采用二氧化钛与氢氧化钠混合反应，然后加入高浓度盐酸酸化，制备得到HTO纳米线，然后与氢氧化锂、GO反应得到LHTO/GO纳米线，最后经氟化、高温烧结得到F-LTO/rGO，其不仅包覆了均匀的石墨烯涂层，还经氟化处理掺杂了少量的氟，提高了电子传导效率，改善了产品性能。

但是，该方法在制备过程中不仅使用了高浓度的酸和碱，而且制备步骤较多，时间较长，工序复杂，影响因素较多，而且钛酸锂在高温下容易团聚，成品率低。因此，有必要研发一种新的钛酸锂/氧化石墨烯复合材料的制备技术。

【发明内容】

本发明的目的就在于为解决现有技术的不足，而提供一种改性钛酸锂/氧化还原石墨烯复合负极材料的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种改性钛酸锂/氧化还原石墨烯复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取碳包覆的二氧化钛、加入含有锂源的溶液中进行反应，得到钛酸锂材料；

(2)取钛酸锂材料、还原剂、氧化石墨烯在溶剂中混合均匀，然后进行反应，经高温煅烧，得到钛酸锂/氧化还原石墨烯复合负极材料；

(3)取步骤(2)得到的钛酸锂/石墨烯复合负极材料经气体氟化处理，得到改性钛酸锂/氧化还原石墨烯复合负极材料。

优选的，所述碳包覆的二氧化钛与锂源摩尔比为1∶(1.2-2.0)，所述氧化石墨烯的用量为钛酸锂材料质量的0.5-2％，所述还原剂的用量为氧化石墨烯质量的20-50％。

优选的，所述锂源为选自氢氧化锂、氟化锂、碳酸锂、硝酸锂、磷酸锂、氧化锂、氯化锂、草酸锂的任一种或两种以上组合物。

优选的，所述溶剂为水或乙醇。

优选的，所述还原剂为选自硼氢化钠、亚硫酸氢钠、水合肼的一种或两种以上组合

优选的，所述步骤(1)反应温度为160-200℃，反应时间为15-24h。