[发明专利]一种复合材料及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料包括磷酸钛锂和化合物A；所述化合物A包覆在所述磷酸钛锂的表面；所述化合物A选自氧化石墨烯、还原氧化石墨烯中的至少一种。本发明通过氧化石墨烯或还原氧化石墨烯与磷酸钛锂直接复合可以更全面地将碳材料包覆在活性材料表面上，且可以更精确控制碳的复合量，降低成本，且提高复合效果。

技术领域

本申请涉及一种复合材料及其制备方法和应用，属于锂离子电池领域。

背景技术

锂离子电池近年来发展快速，已广泛用于消费电子品、新能源汽车和储能等领域。但与此同时，传统锂离子电池采用基于碳酸酯的有机电解液，存在燃烧、爆炸等方面的安全隐患。尤其是将有机系锂离子电池应用于兆瓦级大规模储能系统中时，大量有毒且易燃的有机电解质的使用极大地降低了储能系统的安全性。因此，更具安全优势的水系离子电池逐渐得到重视，因其具有高安全性能，高功率性能及环境友好等优点。

磷酸钛化合物LiTi₂(PO₄)₃具有快离子导体(NASICON)结构，具有三维的离子通道、快速的离子传导能力。目前已作为负极材料在水系锂离子电池中得到应用。但是，其聚阴离子盐的低本征电子电导率限制了其电化学性能。此外，早期报道的材料的循环性能也不理想，这与其嵌锂电位过低(接近于电解液的析氢电位，易造成水分解)、离子嵌入后的电极材料(还原态)还原性强(可能与水或水中的溶解氧发生副反应)、电极/电解液界面的稳定性差等原因相关。但通过碳包覆、材料纳米化、离子掺杂等方法可以大幅度提高其电化学性能。比如，通过钛酸四丁酯为钛源，醋酸锂为锂源、磷酸为磷源、柠檬酸为碳源的凝胶溶胶工艺，便能制备出循环性能良好的LiTi₂(PO₄)₃负极材料。但是，此类方法需要使用碳源作为前驱体，并经过烧结工艺，为了使碳源与目标材料复合良好需要复杂的工艺和调控。工艺复杂，成本高，且无法精确调控碳的复合量。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种复合材料，包括磷酸钛锂和化合物A，化合物A包覆在所述磷酸钛锂的表面，通过氧化石墨烯或还原氧化石墨烯与LiTi₂(PO₄)₃直接复合可以更全面地将碳材料包覆在活性材料表面上，且可以更精确控制化合物A的复合量，降低成本，且提高复合效果。

根据本申请的第一方面，提供了一种复合材料，所述复合材料包括磷酸钛锂和化合物A；

所述化合物A包覆在所述磷酸钛锂的表面；

所述化合物A选自氧化石墨烯、还原氧化石墨烯中的至少一种。

可选地，所述复合材料中，化合物A的质量含量为0.5～5％。

可选地，所述复合材料中还包括电荷吸附剂；所述电荷吸附剂位于所述化合物A和所述磷酸钛锂之间。

可选地，所述电荷吸附剂选自磷酸二氢氨(NH₄H₂PO₄)、3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APS)、聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)、聚丙烯腈-双氰胺、壳聚糖、聚脒、聚乙烯胺和聚季铵盐中的至少一种。

可选地，所述复合材料中，电荷吸附剂的质量含量为0.5～2％。

根据本申请的另一方面，提供了一种上述复合材料的制备方法，所述方法包括：

(1)获得磷酸钛锂；

(2)将含有磷酸钛锂、化合物A和电荷吸附剂的物料混合，通过电荷吸附原理，即可得到所述复合材料。

可选地，所述磷酸钛锂、化合物A和电荷吸附剂的摩尔比为1～2：1～2：2～6。

可选地，所述方法包括：