本發(fā)明涉及電源充電領域，具體涉及一種鈦酸鋰與石墨烯創(chuàng)新融合的動力電池及該動力電池工藝。

背景技術：

隨著化石資源的逐漸短缺以及環(huán)境壓力的日益增大，驅(qū)使國內(nèi)外市場都在積極開發(fā)代替能源和儲能技術。為了滿足現(xiàn)有市場上的需求，現(xiàn)有技術中分別出現(xiàn)鈦酸鋰電池和石墨烯電池。所述的電池包括電源負荷，正極材料，負極材料。以鈦酸鋰材料組成的電池負極，此電池負極與正極材料可以組成2.4V或1.9V的鋰離子電池。由于鋰離子電池具有能量高密度高，循環(huán)壽命長，綠色環(huán)保特點，已經(jīng)被廣大消費所認可的動力蓄電池的主導產(chǎn)品，同時也是廣泛應用于電動自行車，小型電動運輸車以及新能源汽車等方面，但是由于所述鋰電池所添加的添加劑的種類和純度有特殊要求，導致所述的鋰電池價格成本高、導電性能差。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能量高密度高，循環(huán)壽命長，導電性能高，電池容量大以及降低成本的可快速充電的鈦酸鋰與石墨烯創(chuàng)新融合的動力電池。

本發(fā)明實施例還提供一種加工簡單，方便的鈦酸鋰與石墨烯創(chuàng)新融合的動力電池工藝。

為此解決上述技術問題，本發(fā)明中的技術方案所采用一種鈦酸鋰與石墨烯創(chuàng)新融合的動力電池，其包括電池外殼，安裝在電池外殼內(nèi)部的導電棒，分別安裝于導電棒與電池外殼之間的導電正極件，導電負極件，電解質(zhì)，隔膜，添加劑；所述導電正極件是以鈦酸鋰材料為主制作成，所述的導電負極件是以石墨烯材料為主制作成；充電時，導電正極件中的鋰離子脫離后嵌入導電負極件內(nèi)，導電正極處于貧鋰狀態(tài)；放電時，所述鋰離子從導電負極件中脫離之后，嵌入導電正極件內(nèi)，導電正極處于富鋰狀態(tài)；充放電時，所述的鋰離子在層狀結(jié)構的鈦酸鋰材料內(nèi)部嵌入和脫離循環(huán)過程；所述鈦酸鋰材料包含有以鈦酸四丁酯和二氧化鈦為鈦源，以PAn和葡萄糖為碳源合成的Li4Ti5O12/C納米纖維或者Li4Ti5O12/C納米棒材料；鈦酸鋰的化學分子為(Li4Ti5O12)。

依據(jù)上述主要技術特征所述，所述的導電正極件還包括金屬鋁箔，以及涂覆于金屬鋁箔表面的涂覆漿料；所述涂覆漿料是由85％的活性材料，5％的乙炔黑，10％的聚偏二氟乙烯溶解于N-甲基吡咯烷酮中形成的；所述單層或多層的聚丙烯或聚乙烯微孔膜構成隔膜；1摩爾的LIPF6體積的溶液溶解于體積為1:1的EC/DMC混合物作為電解質(zhì)；所述導電負極件為含有石墨烯、硬碳，中間相碳微球物質(zhì)構成。

一種Li4Ti5O12/C納米纖維的工藝為：首先，先稱取57克苯胺，40克檸檬酸溶于3000毫升水中，于超聲波分散形成均一無色體系溶液；再稱取136克過硫酸銨溶于1500毫升水中，形成過硫酸銨溶液；然后，將該過硫酸銨溶液迅速加入無色體系溶液中，攪拌30秒后停止，于將攪拌后溶液于0度水浴中靜止24小時，形成深綠色懸浮溶液；再將所得的深綠色懸浮溶液真空抽濾，并使用蒸餾水和乙醇多次清洗，形成聚苯胺納米纖維溶液；再將所述得到聚苯胺納米纖維溶液置于60度真空狀態(tài)的干燥箱中烘干，形成聚苯胺納米纖維粉末；

接著，稱取3.5克聚苯胺纖維粉末研磨后，分散放入900毫升無水乙醇液體中，在超聲波作用下冰浴，且不斷攪拌下逐步滴入30克鈦酸四丁酯，使得充分溶解，待1個小時后，加入30毫升水，攪拌3個小時后，調(diào)整25度反應12小時；再將反應后溶液真空抽濾，將得到固體多次用蒸餾水和乙醇洗滌，之后置于60度真空干燥箱總烘干得到PAn-TiO2復合物；

接著，稱取4克PAn-TiO2復合物分散在LIOH水溶液中，磁力攪拌1小時之后，轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應釜中，在150度水熱處理8小時，待反應結(jié)束后利用離心作用分離得到中間產(chǎn)物，再用蒸餾水和乙醇多次洗滌之后，置于60度真空干燥箱中烘干，之后，在氮氣保護下500度熱處理2個小時，升溫速率為3度/每秒，得到Li4Ti5O12/C納米纖維。

一種Li4Ti5O12/C納米棒的工藝為：首先將8克銳鈦礦粉末(TiO2)和10克葡萄糖分別加入到500毫升/10MKOH溶液中，充分攪拌個小時后，繼續(xù)利用超聲波分散半個小時，形成樣品，再將此樣品放在內(nèi)襯特氟龍的不銹鋼反應釜中，且溫度在180度，保溫24個小時，之后離心過濾，形成混合物；再將所得到的混合物在0.1MHC1溶液中攪拌分散30分鐘得到懸浮溶液；再將懸浮溶液再內(nèi)襯特氟龍的不銹鋼反應釜中，且保持150度，保溫6小時，之后得到褐色沉淀溶液，再將此褐色沉淀溶液過濾，水洗之后，放在烘干箱內(nèi)在80度干燥10小時之后，得到Li4Ti5O12前驅(qū)體，最后，將Li4Ti5O12前驅(qū)體在600度氮氣爐中加熱2個小時之后，形成Li4Ti5O12/C納米棒。

本發(fā)明的有益技術效果：因所述導電正極件是以鈦酸鋰材料為主制作成，所述的導電負極件是以石墨烯材料為主制作成。所述鈦酸鋰材料包含有以鈦酸四丁酯和二氧化鈦為鈦源，以PAn和葡萄糖為碳源合成的Li4Ti5O12/C納米纖維或者Li4Ti5O12/C納米棒材料。由于采用不同原料及不同合成工藝制備成Li4Ti5O12/C納米纖維或者Li4Ti5O12/C納米棒材料，該兩種材料采用不同的碳源形成的包覆碳層，該包覆碳層不僅沒有影響尖晶石結(jié)構鈦酸鋰的有效合成，而且有效提高了鈦酸鋰材料的電子電導率，并抑制鈦酸鋰材料的顆粒的過度生長，以致形成高比表面的Li4Ti5O12/C納米纖維或者Li4Ti5O12/C納米棒材料兩種的納米復合材料，該納米復合材料具有較高的電化學活性，所以，有效提高本實施例中動力電池導電性能。又因鈦酸鋰材料本身具有高能量高密度，循環(huán)壽命長，電池容量大特點，因此，實現(xiàn)能量高密度高，循環(huán)壽命長，導電性能，電池容量大的可快速充電的技術效果。另外，與同類現(xiàn)有技術中的電池相互比較，本發(fā)明技術方案的所述的動力電池的具有降低成本。本實施例中所述的Li4Ti5O12/C納米纖維或者Li4Ti5O12/C納米棒材料兩種的納米復合材料工藝，所使用方法具有工藝簡單，方便的技術效果。

下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。

【具體實施方式】

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。以下對本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

下面結(jié)合實施例說明一種鈦酸鋰與石墨烯創(chuàng)新融合的動力電池，其包括電池外殼，安裝在電池外殼內(nèi)部的導電棒，分別安裝于導電棒與電池外殼之間的導電正極件，導電負極件，電解質(zhì)，隔膜，添加劑。所述導電正極件是以鈦酸鋰材料為主制作成，所述的導電負極件是以石墨烯材料為主制作成。所述鈦酸鋰材料包含有以鈦酸四丁酯和二氧化鈦為鈦源，以PAn和葡萄糖為碳源合成的Li4Ti5O12/C納米纖維或者Li4Ti5O12/C納米棒材料；鈦酸鋰的化學分子為(Li4Ti5O12)。所述的導電正極件還包括金屬鋁箔，以及涂覆于金屬鋁箔表面的涂覆漿料；所述涂覆漿料是由85％的活性材料，5％的乙炔黑，10％的聚偏二氟乙烯溶解于N-甲基吡咯烷酮中形成的；所述單層或多層的聚丙烯或聚乙烯微孔膜構成隔膜；1摩爾的LIPF6體積的溶液溶解于體積為1:1的EC/DMC混合物作為電解質(zhì)；所述導電負極件為含有石墨烯、硬碳，中間相碳微球物質(zhì)構成。

在本實施例中，以Li4Ti5O12/C納米纖維說明，其工藝為首先，先稱取57克苯胺，40克檸檬酸溶于3000毫升水中，于超聲波分散形成均一無色體系溶液；再稱取136克過硫酸銨溶于1500毫升水中，形成過硫酸銨溶液；然后，將該過硫酸銨溶液迅速加入無色體系溶液中，攪拌30秒后停止，于將攪拌后溶液于0度水浴中靜止24小時，形成深綠色懸浮溶液；再將所得的深綠色懸浮溶液真空抽濾，并使用蒸餾水和乙醇多次清洗，形成聚苯胺納米纖維溶液；再將所述得到聚苯胺納米纖維溶液置于60度真空狀態(tài)的干燥箱中烘干，形成聚苯胺納米纖維粉末。接著，稱取3.5克聚苯胺纖維粉末研磨后，分散放入900毫升無水乙醇液體中，在超聲波作用下冰浴，且不斷攪拌下逐步滴入30克鈦酸四丁酯，使得充分溶解，待1個小時后，加入30毫升水，攪拌3個小時后，調(diào)整25度反應12小時；再將反應后溶液真空抽濾，將得到固體多次用蒸餾水和乙醇洗滌，之后置于60度真空干燥箱總烘干得到PAn-TiO2復合物；

接著，稱取4克PAn-TiO2復合物分散在LIOH水溶液中，磁力攪拌1小時之后，轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應釜中，在150度水熱處理8小時，待反應結(jié)束后利用離心作用分離得到中間產(chǎn)物，再用蒸餾水和乙醇多次洗滌之后，置于60度真空干燥箱中烘干，之后，在氮氣保護下500度熱處理2個小時，升溫速率為3度/每秒，得到Li4Ti5O12/C納米纖維。

充電時，導電正極件中的鋰離子脫離后嵌入導電負極件內(nèi)，導電正極處于貧鋰狀態(tài)；放電時，所述鋰離子從導電負極件中脫離之后，嵌入導電正極件內(nèi)，導電正極處于富鋰狀態(tài)；充放電時，所述的鋰離子在層狀結(jié)構的鈦酸鋰材料內(nèi)部嵌入和脫離循環(huán)過程。

本發(fā)明另外一種實施例，以Li4Ti5O12/C納米棒說明鈦酸鋰材料導電性能。Li4Ti5O12/C納米工藝為：一種Li4Ti5O12/C納米棒的工藝為：首先將8克銳鈦礦粉末(TiO2)和10克葡萄糖分別加入到500毫升/10MKOH溶液中，充分攪拌個小時后，繼續(xù)利用超聲波分散半個小時，形成樣品，再將此樣品放在內(nèi)襯特氟龍的不銹鋼反應釜中，且溫度在180度，保溫24個小時，之后離心過濾，形成混合物；再將所得到的混合物在0.1MHC1溶液中攪拌分散30分鐘得到懸浮溶液；再將懸浮溶液再內(nèi)襯特氟龍的不銹鋼反應釜中，且保持150度，保溫6小時，之后得到褐色沉淀溶液，再將此褐色沉淀溶液過濾，水洗之后，放在烘干箱內(nèi)在80度干燥10小時之后，得到Li4Ti5O12前驅(qū)體，最后，將Li4Ti5O12前驅(qū)體在600度氮氣爐中加熱2個小時之后，形成Li4Ti5O12/C納米棒。

綜上所述，因所述導電正極件是以鈦酸鋰材料為主制作成，所述的導電負極件是以石墨烯材料為主制作成。所述鈦酸鋰材料包含有以鈦酸四丁酯和二氧化鈦為鈦源，以PAn和葡萄糖為碳源合成的Li4Ti5O12/C納米纖維或者Li4Ti5O12/C納米棒材料。由于采用不同原料及不同合成工藝制備成Li4Ti5O12/C納米纖維或者Li4Ti5O12/C納米棒材料，該兩種材料采用不同的碳源形成的包覆碳層，該包覆碳層不僅沒有影響尖晶石結(jié)構鈦酸鋰的有效合成，而且有效提高了鈦酸鋰材料的電子電導率，并抑制鈦酸鋰材料的顆粒的過度生長，以致形成高比表面的Li4Ti5O12/C納米纖維或者Li4Ti5O12/C納米棒材料兩種的納米復合材料，該納米復合材料具有較高的電化學活性，所以，有效提高本實施例中動力電池導電性能。又因鈦酸鋰材料本身具有高能量高密度，循環(huán)壽命長，電池容量大特點，因此，實現(xiàn)能量高密度高，循環(huán)壽命長，導電性能，電池容量大的可快速充電的技術效果。另外，與同類現(xiàn)有技術中的電池相互比較，本發(fā)明技術方案的所述的動力電池的具有降低成本。本實施例中所述的Li4Ti5O12/C納米纖維或者Li4Ti5O12/C納米棒材料兩種的納米復合材料工藝，所使用方法具有工藝簡單，方便的技術效果。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。