[发明专利]碳包覆二氧化钛纳米片阵列与石墨烯复合电极材料及其制备方法

摘要

一种碳包覆的二氧化钛纳米片阵列和石墨烯复合电极材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。本发明采用溶剂热法先合成出了垂直长在石墨烯基底上的含钛有机复合物纳米片阵列，然后在氢气和氩气混合气氛下热处理获得碳包覆的二氧化钛纳米片阵列与石墨烯的复合电极材料。通过复合提高了电极的导电性和锂离子电池的倍率性能和循环性能。本发明中二氧化钛纳米片是由锐钛矿相纳米粒子组成，同时碳包覆的二氧化钛纳米片的厚度为8～10纳米。实验结果表明碳包覆的二氧化钛纳米片阵列/石墨烯复合材料具有比纯二氧化钛更优秀的倍率性能，且具有优秀的循环性能。

主权项

一种碳包覆二氧化钛纳米片阵列与石墨烯复合电极材料的制备方法，其步骤如下：(1)将20～100mg氧化石墨烯超声分散在10～15mL醇中，超声处理30～120分钟，得到氧化石墨烯的醇溶液；(2)将丙三醇、醇、无水乙醚混合，搅拌20～30min；(3)将步骤(1)得到的氧化石墨烯溶液快速倾倒入搅拌状态下的步骤(2)得到的溶液中，搅拌10～30min；(4)将0.4～1.0g钛源加入到步骤(3)的溶液中，搅拌4～6小时；(5)将步骤(4)的溶液装入反应釜中，密闭后在自生压力下进行恒温晶化，待晶化完毕后离心，固体产物用无水乙醇洗涤，干燥后得到含钛的有机复合物纳米片阵列与石墨烯复合材料原粉；(6)将上述原粉在氩气和氢气的混合气氛中焙烧，得到碳包覆的二氧化钛纳米片阵列与石墨烯复合材料；步骤(1)和步骤(2)中的醇为甲醇、乙醇或异丙醇中的一种或多种的混合；步骤(2)中无水乙醚和步骤(1)中氧化石墨烯的质量比为2.4x10‑3～1.5x10‑2：1；步骤(3)中，丙三醇、醇和无水乙醚的体积比为0.7～1.6：1～2.5：1，其中醇的体积数为步骤(1)和步骤(2)中醇体积数的总用量；步骤(4)中的钛源为硫酸氧钛、钛酸四丁酯或异丙醇钛；步骤(5)中的晶化温度为110～140℃，晶化时间为24～36小时；且是在80～120℃空气中干燥1～2天；步骤(6)中氩气和氢气的混合气氛中，氢气的体积分数为5～10％；焙烧的温度为450～550℃，焙烧时间为3～10小时。