[发明专利]一种石墨烯/二氧化钛包覆正极材料及其制备和应用

摘要

本发明提供一种石墨烯复合二氧化钛纳米材料包覆锂离子电池三元正极材料的方法。制备方法为：制备氧化石墨烯复合二氧化钛的混合液；制备包覆有机偶联剂的三元正极材料，并将其加入到氧化石墨烯复合二氧化钛的混合液中。经过搅拌反应使氧化石墨烯复合二氧化钛纳米材料包覆在三元正极材料上，然后进行洗涤、过滤和干燥，最后放置在惰性气氛炉中进行热处理，得到石墨烯复合二氧化钛纳米材料包覆的锂离子电池三元正极材料。本发明制备的产物中石墨烯复合二氧化钛纳米材料均匀地包覆在三元正极材料表面，可以大大提升三元正极材料的电化学学性能。

主权项

1.一种石墨烯/二氧化钛包覆正极材料，其特征在于，包括正极活性材料、包覆在正极活性材料的偶联剂层，以及包覆在偶联剂层表面的二氧化钛/石墨烯复合材料层，二氧化钛/石墨烯复合材料为在石墨烯表面复合有二氧化钛的材料。

2.如权利要求1所述的石墨烯/二氧化钛包覆正极材料，其特征在于，所述的正极活性材料为三元正极材料；优选为LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂，LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂，LiNi_0.5Co_0.3Mn_0.2O₂中的至少一种。

3.如权利要求1所述的石墨烯/二氧化钛包覆正极材料，其特征在于，所述的偶联剂层的材料为硅烷偶联剂；优选为γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、N‑(β‑氨乙基)‑γ‑氨丙基三甲氧基硅烷、三异硬脂酰基钛酸异丙酯中的至少一种。

4.如权利要求1所述的石墨烯/二氧化钛包覆正极材料，其特征在于，正极材料中，偶联剂层的含量优选为10‑50wt％；二氧化钛/石墨烯复合层的含量为1‑10wt％；

优选地，二氧化钛/石墨烯复合层中，二氧化钛的粒径为5‑10nm；二氧化钛/石墨烯的重量比范围为0.01‑0.1∶1；

优选地，所述的正极材料的粒径为5‑10um。

5.一种权利要求1～4任一项所述的石墨烯/二氧化钛包覆正极材料的制备方法，其特征在于，在氧化石墨烯表面复合二氧化钛，得二氧化钛/石墨烯复合材料；

将正极活性材料分散在包含偶联剂的溶液中，随后经固液分离，得偶联剂包覆的正极活性材料；

将制得的偶联剂包覆的正极活性材料分散在二氧化钛/石墨烯复合材料的溶液中，混合反应，随后经洗涤、固液分离、干燥、热处理，即得。

6.如权利要求5所述的石墨烯/二氧化钛包覆正极材料的制备方法，其特征在于，二氧化钛/石墨烯复合材料的制备过程为：将包含氧化石墨烯、钛酸酯、酸的溶液搅拌反应得到；

优选地；将氧化石墨烯分散在醇‑水溶液中，分散得氧化石墨烯分散液；将钛酸酯与酸混合，得钛源溶液；将钛源溶液和氧化石墨烯分散液混合，搅拌反应得到；

所述的钛酸酯优选为钛酸四丁酯、钛酸四乙醇、异丙醇钛中的至少一种；所述的酸为冰醋酸；钛酸酯和酸的的摩尔比优选为0.1‑0.5∶1；

氧化石墨烯和钛酸酯的质量比优选为0.1‑5∶1。

7.如权利要求6所述的石墨烯/二氧化钛包覆正极材料的制备方法，其特征在于，正极活性材料与偶联剂的质量比为1∶0.1～0.5。

8.如权利要求5所述的石墨烯/二氧化钛包覆正极材料的制备方法，氧化石墨烯与三元正极材料质量比为0.01‑0.1∶1。

9.如权利要求5～8任一项所述的石墨烯/二氧化钛包覆正极材料的制备方法，其特征在于，热处理过程在保护性气氛气流下进行，所述的保护性气氛为氮气和/或惰性气氛；保护性气氛的气体流量优选为200‑250mL/min；

热处理的温度优选为300‑500℃；

热处理过程的升温速率优选为2‑5℃/min；

热处理时间优选为1‑10小时。

10.一种权利要求1～4任一项所述的石墨烯/二氧化钛包覆正极材料，或权利要求5～9任一项所述的制备方法制得的石墨烯/二氧化钛包覆正极材料的应用，其特征在于，用作锂离子电池的正极材料。