(3)将上述液体装入反应釜中，密闭后在自生压力下140°C下晶化24小时，待晶化完毕后，固体产物经离心，用无水乙醇洗涤多次，再在120°C空气中干燥12小时，得到有机钛纳米片与石墨烯复合材料原粉；
[0036](4)将上述原粉在氩气和氢气(氢气体积分数为10 % )的混合气氛中550°C焙烧2小时，得到碳自包覆的二氧化钛纳米片与石墨烯复合材料，产物质量是200毫克。通过XRD表征发现所获得样品的结构为二氧化钛中的锐钛矿相(PDF 21-1272)和Ti02(B)相(PDF35-0088)，由扫描图片可得到样品的形貌为碳自包覆的二氧化钛纳米片均匀的垂直生长在石墨烯的表面，通过元素分布扫描图片可知，氧元素，钛元素和碳元素均匀的分布在整个样品形貌上，同时可以证明碳元素包覆在了二氧化钛纳米片的表面。
[0037]实施例4
[0038](1)将80毫克的氧化石墨烯分散在40毫升的冰醋酸中，超声120分钟，得到氧化石墨烯溶液A液；
[0039](2)将1.2克的钛酸四丁酯加入A液中，搅拌60分钟；
[0040](3)将上述液体装入反应釜中，密闭后在自生压力下150°C下晶化12小时，待晶化完毕后，固体产物经离心，用无水乙醇洗涤多次，再在100°C空气中干燥48小时，得到有机钛纳米片与石墨烯复合材料原粉；
[0041 ] (4)将上述原粉在氩气和氢气(氢气体积分数为10 % )的混合气氛中500°C焙烧5小时，得到碳自包覆的二氧化钛纳米片与石墨烯复合材料，产物质量是313毫克。通过XRD表征发现所获得样品的结构为二氧化钛中的锐钛矿相(PDF 21-1272)和Ti02(B)相(PDF35-0088)，由扫描图片可得到样品的形貌为碳自包覆的二氧化钛纳米片均匀的垂直生长在石墨烯的表面，通过元素分布扫描图片可知，氧元素，钛元素和碳元素均匀的分布在整个样品形貌上，同时可以证明碳元素包覆在了二氧化钛纳米片的表面。
[0042]实施例5
[0043](1)将100毫克的氧化石墨烯分散在40毫升的冰醋酸中，超声120分钟，得到氧化石墨烯溶液A液；
[0044](2)将1.5克的钛酸四丁酯加入A液中，搅拌60分钟；
[0045](3)将上述液体装入反应釜中，密闭后在自生压力下160°C下晶化24小时，待晶化完毕后，固体产物经离心，用无水乙醇洗涤多次，再在80°C空气中干燥24小时，得到有机钛纳米片与石墨烯复合材料原粉；
[0046](4)将上述原粉在氩气和氢气(氢气体积分数为10% )的混合气氛中450°C焙烧10小时，得到碳自包覆的二氧化钛纳米片与石墨烯复合材料，产物质量是406毫克。通过XRD表征发现所获得样品的结构为二氧化钛中的锐钛矿相(PDF 21-1272)和Ti02(B)相(PDF 35-0088)，由扫描图片可得到样品的形貌为碳自包覆的二氧化钛纳米片均匀的垂直生长在石墨烯的表面通过元素分布扫描图片可知，氧元素，钛元素和碳元素均匀的分布在整个样品形貌上，同时可以证明碳元素包覆在了二氧化钛纳米片的表面。
[0047]实施例6
[0048](1)将20毫克的氧化石墨烯分散在30毫升的苯甲酸中，超声120分钟，得到氧化石墨烯溶液A液；
[0049](2)将0.5克的四异丙醇钛加入A液中，搅拌10分钟；
[0050](3)将上述液体装入反应釜中，密闭后在自生压力下150°C下晶化12小时，待晶化完毕后，固体产物经离心，用无水乙醇洗涤多次，再在60°C空气中干燥12小时，得到有机钛纳米片与石墨烯复合材料原粉；
[0051](4)将上述原粉在氩气和氢气(氢气体积分数为10% )的混合气氛中500°C焙烧2小时，得到碳自包覆的二氧化钛纳米片与石墨烯复合材料，产物质量是109毫克。通过XRD表征发现所获得样品的结构为二氧化中的锐钛矿相(PDF 21-1272)和Ti02(B)相(PDF35-0088)，由扫描图片可得到样品的形貌为碳自包覆的二氧化钛纳米片均匀的垂直生长在石墨烯的表面，通过元素分布扫描图片可知，氧元素，钛元素和碳元素均匀的分布在整个样品形貌上，同时可以证明碳元素包覆在了二氧化钛纳米片的表面。
[0052]本发明所述的碳自包覆的半导体金属氧化物材料纳米片与石墨稀复合材料的锂离子电池性能测试(电极的制备与测试条件):
[0053]将上述实施例2获得的碳自包覆的半导体金属氧化物材料纳米片与石墨烯复合材料作为活性物质，乙炔黑为导电剂，聚四氟乙烯为粘结剂，将其按质量比为80:10:10的比例，用N-甲基-2-吡咯烷酮作为溶剂，混合涂覆于铜箔集流体上作为电池的负极，正极使用单质锂箔，加入电解液组装成电池，用电池测试系统进行充放电测试，充放电窗口 3?
0.01V(vs Li/Li+)0
【主权项】
1.一种碳自包覆半导体金属氧化物纳米片与石墨稀复合材料，其由如下步骤制备得到: (1)将20?100毫克氧化石墨烯在20?40毫升溶剂中超声处理30?120分钟，得到氧化石墨烯分散液； (2)将0.3?1.5克金属盐加入到步骤(1)的分散液中，搅拌10?60分钟； (3)将步骤(2)得到的溶液装入反应釜中，密闭后在自生压力下恒温晶化，待晶化完毕后离心处理，固体产物用无水乙醇超声洗涤多次，然后在60?120°C空气中干燥12?48小时，得到金属有机纳米片前驱体与石墨烯复合材料原粉； (4)将上述原粉在氩气和氢气的混合气氛中焙烧，得到碳自包覆的半导体金属氧化物纳米片与石墨稀复合材料。2.如权利要求1所述的一种碳自包覆半导体金属氧化物纳米片与石墨烯复合材料，其特征在于:步骤(1)中的溶剂为冰醋酸、甲酸或苯甲酸中的一种或多种的混合。3.如权利要求1所述的一种碳自包覆半导体金属氧化物纳米片与石墨稀复合材料，其特征在于:步骤(2)中的金属盐为钛酸四丁酯、四异丙醇钛、四氯化钛、醋酸锰、醋酸钴、醋酸镍、醋酸铜、醋酸锌中的一种或多种的混合。4.如权利要求1所述的一种碳自包覆半导体金属氧化物纳米片与石墨稀复合材料，其特征在于:步骤(2)中搅拌的转速为500?900转/分钟。5.如权利要求1所述的一种碳自包覆半导体金属氧化物纳米片与石墨稀复合材料，其特征在于:步骤(3)中的晶化温度为130?160°C，晶化时间为12?24小时。6.如权利要求1所述的一种碳自包覆半导体金属氧化物纳米片与石墨稀复合材料，其特征在于:步骤(3)中中氩气和氢气的混合气氛中，氢气的体积百分含量为5?10%。7.如权利要求1所述的一种碳自包覆半导体金属氧化物纳米片与石墨稀复合材料，其特征在于:步骤(3)中焙烧的温度为450?550°C，焙烧时间为2?10小时。8.如权利要求1所述的一种碳自包覆半导体金属氧化物纳米片与石墨稀复合材料，其特征在于:步骤(4)中的半导体金属氧化物为二氧化钛、三氧化二锰、四氧化三锰、四氧化三钴、氧化镍、氧化锌、氧化铜、钴酸锌、钴酸镍或钴酸锰。9.权利要求1-8任何一项所述的一种碳自包覆半导体金属氧化物纳米片与石墨烯复合材料在作为锂离子电池负极中的应用。
【专利摘要】一种碳自包覆半导体金属氧化物纳米片和石墨烯复合材料及其应用，属于锂离子电池技术领域，该材料作为锂离子电池的负极能表现出优异的电化学性能，其能够在新能源领域中得到应用。本发明采用溶剂热的合成方法首先合成出了金属有机纳米片前驱体垂直的生长在石墨烯的基底上，然后在氢气和氩气混合气氛下热处理获得碳自包覆的半导体金属氧化物纳米片与石墨烯的复合材料，重要的是该过程中不需要再额外添加碳源，由金属有机前驱体中的有机部分直接热分解碳化自包覆在了金属氧化物纳米粒子的表面，并且该金属氧化物纳米粒子是前驱体中金属部分的热分解转化而来的。该材料作为锂离子电池的负极表现出了优异的电化学性能。
【IPC分类】H01M4/50, H01M4/48, B82Y30/00, H01M4/36, H01M4/52, H01M4/62, H01M10/0525
【公开号】CN105390677
【申请号】CN201510726289
【发明人】张宗弢, 王润伟, 蒋尚
【申请人】吉林大学
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年11月2日