本发明专利技术提供一种氟化石墨烯改性二氧化钛的制备方法。该方法既可以在二氧化钛表面形成C‑F‑Ti键，将二氧化钛与氟化石墨烯原子尺度上复合，大幅降低电子传导阻力，提高二氧化钛材料的倍率性能。同时，氟原子充分掺杂到二氧化钛的晶格内，进一步改进了锂离子扩散性。本发明专利技术具体的技术方案如下，一种氟化石墨烯改性二氧化钛材料，二氧化钛表面含有C‑F‑Ti键，氟化石墨烯与二氧化钛充分复合，二氧化钛晶格内嵌有部分氟元素。上述的氟化石墨烯改性二氧化钛材料中，二氧化钛占整体材料的质量分数为50％‑99％，其中较优的是60％‑98％，最优的是70％‑95％。炭元素占整体材料的质量分数为1％‑25％，其中较优的是2％‑20％，最优的是5％‑18％，氟元素占整体材料的质量分数为0.2％‑20％，较优的是0.5％‑18％,最优的是0.8％‑15％。
Preparation and application of a titanium dioxide material modified by fluorofossil graphene
【技术实现步骤摘要】
一种氟化石墨烯改性二氧化钛材料及制备和应用
本专利技术属于锂离子电池、锂离子超级电容器领域，尤其涉及一种锂电池负极及其制备方法。
技术介绍
二氧化钛是一种极具潜力的负极材料，充放电过程中体积变化较少(4％)，循环稳定性好，具有较高的电压平台(～1.7Vvs.Li+/Li)，可以有效避免锂枝晶，具有适当的理论容量(335mAh/g)，而且环境友好、结构稳定、成本低、资源丰富等优点。但二氧化钛自身的自身导电性不佳(～10-13Scm-1)，离子扩散性(10-11～10-13cm2s-1)也不尽如意，特别是在需要高倍率循环的工况下，上述问题更加严重，严重增加了电极反应极化。针对上述问题，人们主要采用两种策略进行改进。1、纳米化或者纳米结构设计的改性处理，缩短电子传导路径、离子扩散途径，提供更加丰富的反应位点。但这种方法将大幅提高材料成本，另外纳米材料团聚等将提高电极制备难度；2、将二氧化钛与导电性好的材料进行复合或者杂原子掺杂改处理，但简单的复合随着充放电循环增加后，会造成导电性材料与二氧化钛脱落分离，降低电池性能。
技术实现思路
本专利技术提供一种氟化石墨烯改性二氧化钛的制备方法。该方法既可以在二氧化钛表面形成C-F-Ti键，将二氧化钛与氟化石墨烯原子尺度上复合，大幅降低电子传导阻力，提高二氧化钛材料的倍率性能。同时，氟原子充分掺杂到二氧化钛的晶格内，进一步改进了锂离子扩散性。本专利技术具体的技术方案如下，一种氟化石墨烯改性二氧化钛材料，二氧化钛表面含有C-F-Ti键，氟化石墨烯与二氧化钛充分复合，二氧化钛晶格内嵌有部分氟元素。上述的氟化石墨烯改性二氧化钛材料中，二氧化钛占整体材料的质量分数为50％-99％，其中较优的是60％-98％，最优的是70％-95％。炭元素占整体材料的质量分数为1％-25％，其中较优的是2％-20％，最优的是5％-18％，氟元素占整体材料的质量分数为0.2％-20％，较优的是0.5％-18％,最优的是0.8％-15％。所述的二氧化钛晶相可为锐钛矿、金红石、板钛矿、Ti02-B中的一种或者两种以上。本专利技术提供的氟化石墨烯改性二氧化钛，可以按照以下方法但不限于以下方法制备：将有机醇、醋酸、去离子水、氟化石墨烯混合成均匀液体；加入上述液体的质量分数为1.0-20质量分数的有机钛化物搅拌0.5-10小时，其中有机钛化物较优的质量分数为2.0-15，最优的质量分数为4.0-10，较优的搅拌时间为1-8小时，最优的搅拌时间为1.5-6小时，然后停止搅拌，过滤、离心或蒸干液体得到中间相，将中间相在惰性气氛气体下300-1000℃(较优的为350-900℃，最优的是400-850℃)高温煅烧1-24小时(较优的为2-20小时，最优的是3-12小时)，冷却后制成粉体材料；上述提到的均匀液体的组成为：40-90质量分数的有机醇、1.0-3.0质量分数的醋酸、0.1-6质量分数的去离子水、0.1-5质量分数的氟化石墨烯。所述的有机醇包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇中的一种或者两种以上。所述的惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种或者两种以上。所述的氟化石墨烯中的F/C比为0.1-1.5，较优的是0.3-1.3，最优的是0.5-1.2.所述的氟化石墨烯的层数为1-15，较优的是1-10，最优的是1-5。本专利技术的有益结果是在二氧化钛表面形成C-F-Ti键，将二氧化钛与氟化石墨烯原子尺度上复合，大幅降低电子传导阻力，提高二氧化钛材料的倍率性能，提高了应用二氧化钛为负极的锂离子电池的功率性能。具体实施方式将制备的改性二氧化钛材料9g、聚偏氟乙烯0.4g、导电剂0.6g溶解到25gN-甲基吡咯烷酮中，分散均匀，刮涂到铝箔上，电极担量为3mg/cm2。将制备好的电极进行扣电测试，工作电极为改性二氧化钛，对电极为锂片，电解液为1mol/L六氟磷酸锂(溶剂为碳酸乙烯酯：碳酸二甲酯：碳酸二乙酯＝1：1：1(体积比))。电池的充放电倍率为1C/20C/100C充放电截至电压为1V-2.5V。实施例实施例1将乙醇50g，醋酸2g，氟化石墨烯(F/C比为1.1，5层)2g，水0.5g混合成均匀后，缓慢加入60g钛酸四丁酯，搅拌5小时后，蒸干液体，得到中间相。然后在氩气气氛下，600℃煅烧8个小时，冷却后制成粉体材料。将上述材料进行元素分析，其中炭元素的质量分数占10％，氟元素质量分数占5％，其余为二氧化钛。将上述材料进行XPS测试并进行分峰，其中684.8eV属于Ti-F键686.6eV属于C-F键，685.7eV属于C-F-Ti键，有利证明了氟化石墨烯改性二氧化钛材料中含有C-F-Ti键、Ti-F键、C-F键，这些键合有利于原子尺度上复合二氧化钛与氟化石墨烯大幅降低电子传导阻力。将上述材料进行电极制备，并进行电池测试，电极制备及电池测试条件见表格说明。对比例1、将乙醇50g，醋酸2g，水0.5g，混合成均匀后，缓慢加入60g钛酸四丁酯，搅拌5小时后，蒸干液体，得到中间相。然后在氩气气氛下，600℃煅烧8个小时，冷却后制成粉体材料。将上述材料进行元素分析，为二氧化钛。将述材料进行XPS测试并进行分峰，没有出现684.8eV，686.6eV，685.7eV。将上述材料进行电极制备，并进行电池测试，电极制备及电池测试条件见表格说明。对比例2将乙醇50g，醋酸2g，石墨烯(5层)2g，水0.5g混合成均匀后，缓慢加入60g钛酸四丁酯，搅拌5小时后，蒸干液体，得到中间相。然后在氩气气氛下，600℃煅烧8个小时，冷却后制成粉体材料。将上述材料进行元素分析，其中炭元素的质量分数占10.5％，其余为二氧化钛。将述材料进行XPS测试并进行分峰，没有出现684.8eV，686.6eV，685.7eV。将上述材料进行电极制备，并进行电池测试，电极制备及电池测试条件见表格说明。实施例2将甲醇60g，醋酸3g，氟化石墨烯(F/C比为1.2，4层)3g，水0.3g混合成均匀后，缓慢加入70g钛酸四丙酯，搅拌4.5小时后，蒸干液体，得到中间相。然后在氮气气氛下，800℃煅烧68个小时，冷却后制成粉体材料。将上述材料进行电极制备，并进行电池测试，电极制备及电池测试条件见表格说明。实施例3将异丙醇80g，醋酸2.7g，氟化石墨烯(F/C比为1.1，5层)3g，水0.3g混合成均匀后，缓慢加入90g钛酸四丁酯，搅拌3小时后，蒸干液体，得到中间相。然后在氩气气氛下，500℃煅烧10个小时，冷却后制成粉体材料。将上述材料进行电极制备，并进行电池测试，电极制备及电池测试条件见图例说明。实施例4将乙醇50g，醋酸2g，氟化石墨烯(F/C比为1.1，5层)2g，水4g混合成均匀后，缓慢加入60g钛酸四甲酯，搅拌7小时后，蒸干液体，得到中间相。然后再氩气气氛下，700℃煅烧8个小时本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氟化石墨烯改性二氧化钛材料，由氟化石墨烯与二氧化钛复合而成；二氧化钛占整体材料的质量分数为55％-98％，其中较优的是62％-97％，最优的是70％-94％。/n
【技术特征摘要】
1.一种氟化石墨烯改性二氧化钛材料，由氟化石墨烯与二氧化钛复合而成；二氧化钛占整体材料的质量分数为55％-98％，其中较优的是62％-97％，最优的是70％-94％。
2.按照权利要求1所述氟化石墨烯改性二氧化钛材料，其特征在于：材料的表面含有C-F-Ti键，部分氟元素内嵌于二氧化钛晶格中；二氧化钛占整体材料的质量分数为55％-98％，炭元素占整体材料的质量分数为1％-25％，氟元素占整体材料的质量分数为0.2％-20％；
优选二氧化钛占整体材料的质量分数为62％-97％，炭元素占整体材料的质量分数为2％-20％，氟元素占整体材料的质量分数为0.5％-18％；
更优选二氧化钛占整体材料的质量分数为70％-94％，炭元素占整体材料的质量分数为5％-18％，氟元素占整体材料的质量分数为0.8％-15％。
3.按照权利要求1或2所述氟化石墨烯改性二氧化钛材料，其特征在于：所述的二氧化钛晶相可为锐钛矿、金红石、板钛矿、Ti02-B中的一种或者两种以上。
4.一种权利要求1-3任一所述氟化石墨烯改性二氧化钛材料的制备方法，其特征在于：
1)将有机醇、醋酸、去离子水、氟化石墨烯混合成均匀液体；
2)于上述液体中加入上述液体质量1.0-20倍(较优2.0-15倍，最优4....
【专利技术属性】
技术研发人员：曲超，张洪章，李先锋，张华民，刘翠连，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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