样品的结构均为锐钛矿相(PDF 21-1272)，由扫描图片和透射图片可得到样品的形貌为碳包覆的二氧化钛纳米片阵列均匀的垂直生长在石墨烯的表面，且碳包覆的二氧化钛纳米片的厚度为9.8纳米左右，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。
[0045]实施例3
[0046](I)将50mg氧化石墨烯超声分散在15mL异丙醇中，超声处理氧化石墨烯80分钟，得到氧化石墨烯溶液A液；
[0047](2)将11.6mL丙三醇、3.56mL异丙醇、11.5mL无水乙醚混合，搅拌30min，得到溶液B液；
[0048](3)将A液全部快速倾倒入搅拌状态下的B液中，600转/分钟搅拌lOmin，此时丙三醇，异丙醇(包括步骤(I)中使用的异丙醇)，无水乙醚的体积比为1:1.6:1 ;
[0049](4)将0.8g硫酸氧钛加入到步骤(3)溶液中，搅拌4小时；
[0050](5)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80°C空气中干燥I天，得到含钛的有机复合物纳米片阵列与石墨烯的复合材料原粉；
[0051](6)将上述原粉在氩气和氢气(氢气体积分数为5% )的混合气氛中550°C焙烧10小时，得到碳包覆的二氧化钛纳米片阵列与石墨稀的复合材料，产物质量是0.19go
[0052]通过XRD表征发现所获得样品的结构均为锐钛矿相(PDF 21-1272)，由扫描图片和透射图片可得到样品的形貌为碳包覆的二氧化钛纳米片阵列均匀的垂直生长在石墨烯的表面，且碳包覆的二氧化钛纳米片的厚度为9.1纳米左右，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。
[0053]实施例4
[0054](I)将70mg氧化石墨烯超声分散在1mL乙醇中，超声处理氧化石墨烯120分钟，得到氧化石墨烯溶液A液；
[0055](2)将8.1mL丙三醇、18.75mL乙醇、11.5mL无水乙醚混合，搅拌30min，得到溶液B液；
[0056](3)将A液全部快速倾倒入搅拌状态下的B液中，900转/分钟搅拌lOmin，此时丙三醇，乙醇(包括步骤(I)中使用的乙醇)，无水乙醚的体积比为0.7:2.5:1 ;
[0057](4)将0.9g硫酸氧钛加入到步骤(3)溶液中，搅拌4小时；
[0058](5)将上述液体装入反应釜中，密闭后在自生压力下110°C下晶化36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I天，得到含钛的有机复合物纳米片阵列与石墨烯的复合材料原粉；
[0059](6)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3小时，得到碳包覆的二氧化钛纳米片阵列与石墨稀的复合材料，产物质量是0.23go
[0060]通过XRD表征发现所获得样品的结构均为锐钛矿相(PDF 21-1272)，由扫描图片和透射图片可得到样品的形貌为碳包覆的二氧化钛纳米片阵列均匀的垂直生长在石墨烯的表面，且碳包覆的二氧化钛纳米片的厚度为8.7纳米左右，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。
[0061]实施例5
[0062](I)将10mg氧化石墨烯超声分散在1mL乙醇中，超声处理氧化石墨烯70分钟，得到氧化石墨烯溶液A液；
[0063](2)将18.4mL丙三醇、1.5mL乙醇、11.5mL无水乙醚混合，搅拌30min，得到溶液B液；
[0064](3)将A液全部快速倾倒入搅拌状态下的B液中，500转/分钟搅拌30min，此时丙三醇，乙醇(包括步骤(I)中使用的乙醇)，无水乙醚的体积比为1.6:1:1 ;
[0065](4)将1.0g硫酸氧钛加入到步骤(3)溶液中，搅拌4小时；
[0066](5)将上述液体装入反应釜中，密闭后在自生压力下110°C下晶化36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I天，得到含钛的有机复合物纳米片阵列与石墨烯的复合材料；
[0067](6)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3小时，得到碳包覆的二氧化钛纳米片阵列与石墨稀的复合材料，产物质量是0.31go
[0068]通过XRD表征发现所获得样品的结构均为锐钛矿相(PDF 21-1272)，由扫描图片和透射图片可得到样品的形貌为碳包覆的二氧化钛纳米片阵列均匀的垂直生长在石墨烯的表面，且碳包覆的二氧化钛纳米片的厚度为8.9纳米左右，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，同时可以证明在了二氧化钛纳米片的表面包覆了一层碳层。
[0069]通过该方法获得的碳包覆的二氧化钛纳米片阵列/石墨烯复合材料产物的结构均为锐钛矿相(PDF 21-1272)，形貌为碳包覆的二氧化钛纳米片阵列均匀的垂直生长在石墨烯的表面，且碳包覆的二氧化钛纳米片的厚度为10纳米左右。
[0070]本发明所述的碳包覆的二氧化钛纳米片阵列/石墨烯复合材料的锂离子电池性能测试:
[0071]将上述获得的碳包覆的二氧化钛纳米片阵列/石墨烯复合材料和相同方法下合成纯的二氧化钛分别作为活性物质，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 ?0.0lV(vs Li/Li+)。
【主权项】
1.一种碳包覆二氧化钛纳米片阵列与石墨稀复合电极材料的制备方法，其步骤如下: (1)将20?10mg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(I)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，揽拌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。
2.如权利要求1所述的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，其特征在于:步骤(I)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。
3.如权利要求1所述的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，其特征在于:步骤(2)中无水乙醚和步骤(I)中氧化石墨稀的质量比为2.4xl(T3?1.5χ1(Γ2:1ο
4.如权利要求1所述的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，其特征在于: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(I)和步骤(2)中醇体积数的总用量。
5.如权利要求1所述的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，其特征在于:步骤(3)中搅拌的转速为500?900转/分钟。
6.如权利要求1所述的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，其特征在于:步骤(4)中的钛源为硫酸氧钛、钛酸四丁酯或异丙醇钛。
7.如权利要求1所述的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，其特征在于:步骤(5)中的晶化温度为110?140°C，晶化时间为24?36小时；且是在80?120°C空气中干燥I?2天。
8.如权利要求1所述的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，其特征在于:步骤￠)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°C，焙烧时间为3?10小时。
9.一种碳包覆二氧化钛纳米片阵列与石墨稀复合电极材料，其特征在于:是由权利要求I?8所述的任何一项方法制备得到。
【专利摘要】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。
【IPC分类】H01M4-485, B82Y40-00, B82Y30-00
【公开号】CN104868112
【申请号】CN201510239386
【发明人】张宗弢, 王润伟, 蒋尚
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月12日