一种石墨烯复合材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术实施例公开了一种石墨烯复合材料、其制备方法及应用，其中，该石墨烯复合材料由石墨烯及分布于石墨烯表面的二氧化钛颗粒组成。由于石墨烯表面二氧化钛颗粒的阻隔，可以防止石墨烯的团聚；应用本发明专利技术的石墨烯复合材料组装成锂离子电池后，在充放电过程中，可以减少石墨烯表面在电化学反应的过程中SEI膜的生成，缩短离子传输的距离，提高电子迁移率，从而提升其电化学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池领域，特别涉及一种石墨烯复合材料、其制备方法及应用。
技术介绍
锂离子电池具有比能量大、工作电压高、无记忆效应且对环境友好等优点，不仅在手机、相机、笔记本等小型电器中得到了广泛的应用，而且在电动车、卫星、战斗机等大型电动设备中的应用也备受青睐。锂离子电池性能的提升和应用范围的拓宽在很大程度上取决于负极材料性能的提高和成本的下降。因此，开发电化学性能优异的负极材料是目前锂离子电池研究的热点。石墨烯是一种只有一个原子厚度的二维碳膜，碳原子之间的化学键由sp2杂化轨道组成，研究表明，石墨烯具有优良的导电性及高的理论比表面积(2630m2g-1)，而这决定了其在锂离子电池领域的巨大潜力，现有技术已有报道将石墨烯作为锂离子电池负极材料。但是石墨烯特别容易团聚，影响了其容量和循环性能。因此，寻找到一种解决石墨烯团聚的办法就十分关键。
技术实现思路
本专利技术实施例公开了一种石墨烯复合材料、其制备方法及应用，用于解决石墨烯作为锂离子电池负极材料时的团聚问题。技术方案如下：本专利技术首先提供了一种石墨烯复合材料，其由石墨烯及分布于石墨烯表面的二氧化钛颗粒组成。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述二氧化钛颗粒的粒径5-7nm。本专利技术还提供了上述石墨烯复合材料的制备方法，包括：将氧化石墨烯及钛源加入到第一非极性溶剂中，搅拌至氧化石墨烯分散均匀，然后离心，并洗涤离心所得的固形物；将洗涤后的固形物分散于第二非极性溶剂中，并在140-200℃下水热反应4-8
小时，反应结束后，将反应产物进行离心处理，将离心所得的固体产物干燥、并在惰性气氛中煅烧，即得所述石墨烯复合材料。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述第一非极性溶剂和第二非极性溶剂选自于正戊烷、环戊烷、正己烷及环己烷中的至少一种；所述钛源选自于钛酸四丁酯或钛酸四异丙酯。在本专利技术的一种优选实施方式中，氧化石墨烯与钛源的质量比例为1:20-40，优选为1:25-35。在本专利技术的一种优选实施方式中，煅烧温度为400-500℃，煅烧时间为120-240分钟，升温速率为1-5℃/分钟。本专利技术还提供了一种锂离子电池负极，以上述石墨烯复合材料作为负极活性物质。在本专利技术的一种优选实施方式中，上述锂离子电池负极还包括粘合剂，所述粘合剂的重量为所述石墨烯复合材料重量的1％-3％。本专利技术还提供了一种锂离子电池，包含上述的锂离子电池负极。在本专利技术的一种优选实施方式中，上述锂离子电池还包括正极、隔膜及电解液。通过上述的技术方案可知，本专利技术提供了一种石墨烯复合材料，由石墨烯及分布于石墨烯表面的二氧化钛颗粒组成，由于石墨烯表面二氧化钛颗粒的阻隔，可以防止石墨烯的团聚；应用本专利技术的锂离子石墨烯复合材料组装成电池后，在充放电过程中，可以减少石墨烯表面在电化学反应的过程中SEI膜(固体电解质界面膜)的生成，缩短离子传输的距离，提高电子迁移率，从而提升其电化学性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例1中制备的石墨烯复合材料的TEM图；图2为实施例1中制备的石墨烯复合材料及实施例4中制备的石墨烯的XRD图，其中图2中A为实施例4中制备的石墨烯XRD图；图2中B为实施例1中制备的石墨烯复合材料的XRD图；图3A是1号电池在LAND电池测试系统上测试的测试结果；图3B是2号电池在LAND电池测试系统上测试的测试结果；图3C是3号电池在LAND电池测试系统上测试的测试结果。具体实施方式本专利技术提供了一种石墨烯复合材料，由石墨烯及分布于石墨烯表面的二氧化钛颗粒组成，所述二氧化钛颗粒的粒径为5-7nm。该石墨烯复合材料可以由以下方法制得：将氧化石墨烯及钛源加入到第一非极性溶剂中，搅拌至氧化石墨烯分散均匀，然后离心，并洗涤离心所得的固形物；将洗涤后的固形物分散于第二非极性溶剂中，并在140-200℃下水热反应4-8小时，反应结束后，将反应产物进行离心处理，将离心所得的固体产物干燥、并在惰性气氛中煅烧，即得所述石墨烯复合材料。其中，所说的第一非极性溶剂和第二非极性溶剂优选选自于正戊烷、环戊烷、正己烷及环己烷中的至少一种，第一非极性溶剂可以与第二非极性溶剂相同，也可以不同。对于第一非极性溶剂及第二非极性溶剂的用量，没有特殊要求，第一非极性溶剂只要保证其能够将氧化石墨烯分散即可，优选地，第一非极性溶剂与氧化石墨烯的比例为200-400:1mL/g；类似地，第二非极性溶剂只要保证其能够将洗涤后的固形物分散即可，优选地，第二非极性溶剂与氧化石墨烯的比例为300-500:1mL/g；；本专利技术所用的钛源可以选自于能够实现本专利技术目的钛元素的化合物，优选为钛酸四丁酯和钛酸四异丙酯中的至少一种，氧化石墨烯与钛源的质量比例为1:20-40，优选为1:25-35。所说的惰性气体可以为氩气、氮气等常用的气体，优选为氮气；由于煅烧工艺为本领域常用的技术，本专利技术在此不进行详细描述，只限定其工艺参数，如煅烧温度为400-500℃，煅烧时间为120-240分钟，升温速率为1-5℃/分钟。本领域技术人员可以根据本专利技术所公开的参数来实现煅烧过程。本专利技术还提供了一种应用该石墨烯复合材料作为负极活性物质的锂离子电池负极，该锂离子电池负极中还包括粘合剂，但不包括导电剂及负极集流体；所述粘合剂的重量为负极活性物质(本专利技术提供的石墨烯复合材料)重量的1％-3％。所述粘合剂可以采用现有技术中锂离子电池负极常用的粘合剂，例如可以选自于聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯醇、环氧树脂、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯及聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。本专利技术提供的锂离子电池负极可以为片状或其它形状，当处于片状时，可以称其为锂离子电池负极片。本领域技术人员均知，在现有的锂离子电池中，为保证电池有良好的充放电性能，锂离子电池负极都需要加入导电剂及负极集流体。而在本专利技术中，专利技术人意外发现，采用本专利技术提供的石墨烯复合材料作为负极活性物质制备锂离子电池负极时，不需要加入导电剂及负极集流体，而且在导电剂及负极集流体均不存在的情况下，能够保证锂离子电池的充放电性能不下降。应用本专利技术提供的锂离子电池负极，与正极、隔膜及电解液等进行组装，可以获得本专利技术提供的锂离子电池；需要说明的是，在组装本专利技术提供的锂离子电池时，所采用的正极、隔膜及电解液等均可以采用现有技术中组装锂离子电池所常用的材料，本专利技术在此不进行限定。同样地，组装锂离子电池的方法也为现有技术，本专利技术在此不进行限定。本专利技术所提供的锂离子电池具体可以为2032扣式电池等。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。首先，对氧化石墨烯的制备方法进行说明。本专利技术中所采用的氧化石墨烯可以由改进的Hummer法进行制备，具体过程包括：将天然鳞片石墨(5g)，浓硫酸(230mL，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯复合材料，其特征在于，由石墨烯及分布于石墨烯表面的二氧化钛颗粒组成。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯复合材料，其特征在于，由石墨烯及分布于石墨烯表面的二氧化钛颗粒组成。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二氧化钛颗粒的粒径为5-7nm。3.权利要求1或2所述石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括：将氧化石墨烯及钛源加入到第一非极性溶剂中，搅拌至氧化石墨烯分散均匀，然后离心，并洗涤离心所得的固形物；将洗涤后的固形物分散于第二非极性溶剂中，并在140-200℃下水热反应4-8小时，反应结束后，将反应产物进行离心处理，将离心所得的固体产物干燥、并在惰性气氛中煅烧，即得所述石墨烯复合材料。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一非极性溶剂和第二非极性溶剂选自于正戊烷、环戊烷、正己烷及环己烷中的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓晶，杜德健，岳文博，
申请(专利权)人：北京师范大学，北京师大科技园科技发展有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11