C/g锂离子电池负极材料自组装方法
【技术领域】
[0001]本发明属于炭素材料与锂离子电池材料技术领域，涉及一种高性能锂离子电池负极材料及其自组装方法。
【背景技术】
[0002]随着世界经济的快速发展和能源需求量的持续增加，化石燃料的大量消耗及带来的环境污染问题成为目前人类迫切需要解决的世界性难题，寻求高性能、低成本、可持续以及环境友好的新能源体系成为目前急需解决的问题。锂离子电池以其高理论比容量、髙开放电压和无记忆效应等优点，与蓄电池相比体积更小、循环寿命更长、安全性能更好，因而广泛应用于便携电子设备、电动汽车和其他可持续储能器件。但是，目前商业中的锂离子电池使用的负极是石墨材料，其理论容量较低(372mAh g—1)，难以满足电池日益发展而所要求的高容量要求。
[0003]发展质优，安全，价廉，环境友好的新型锂离子电池对其大面积工业化应用至关重要。如何实现高容量、大功率和长寿命兼具的锂离子电池，依赖于其各核心部件的结构设计。电极材料性能的提高对于锂离子电池整体性能的提高至关重要，其性能的好坏直接影响到锂离子电池的性能。
[0004]S12是娃最重要的化合物，在自然界中广泛存在，有结晶和无定形两种，统称娃石，普通砂的主要成分即Si02。由于其性质稳定，价格低廉，比电容高，是一种潜在的优质锂离子负极材料。然而，S12用作锂离子电池负极材料时，在充放电过程中存在体积膨胀效应及导电性差的问题，很大程度上限制了 S12的容量提升和循环稳定性。
[0005]石墨烯因具有优越的导电率、较大的比表面积、高的化学稳定性和良好的柔韧性而得到广泛的关注。作为二维片层结构，能自然卷曲形成多空结构，如将石墨烯通过稳定的连接方式与S12纳米颗粒复合，有望提高电极材料的导电性，改善充放电过程中因锂离子嵌入-脱出造成的电极材料体积膨胀的问题，从而提升电池的整体性能。
【发明内容】
[0006]1.一种层状Si02@C/G锂离子电池负极材料自组装方法，将S12溶胶、蔗糖、氧化石墨直接超声均匀混合，经水热和后续高温处理得到层状自组装的Si02@C/G复合物。其特征在于其制备的步骤和工艺条件如下:
[0007](I)按照一定比例称取S12溶胶和蔗糖，将其溶于去离子水中，搅拌，超声使溶液呈透明微蓝色；
[0008](2)称取一定量氧化石墨，加入步骤(I)中的微蓝色溶液中，超声分散一定时间，得到混合溶液；
[0009](3)将⑵中的混合液置于水热釜中，于180?200°C下反应10?15h，自然冷却至室温，用去离子水、无水乙醇抽滤洗涤后将产物干燥，将干燥后的产物置于高温炉中，在氮气氛围中，升温至一定温度并在该温度下保持一定时间，即得层状自组装的Si02@C/G复合物。
[0010]2.根据权利要求1所述的层状Si02@C/G锂离子电池负极材料自组装方法，步骤
(1)中的S12溶胶尺寸为14-18nm，为无定型结构。S12溶胶与鹿糖的质量比为0.15?0.90。
[0011]3.根据权利要求1所述的层状Si02@C/G锂离子电池负极材料自组装方法，步骤
(2)中所述的氧化石墨采用改进的Hummers法制得，氧化石墨与鹿糖的质量比为0.01?0.06，超声时间为2?4ho
[0012]4.根据权利要求1所述的层状Si02@C/G锂离子电池负极材料自组装方法，步骤
(3)中所述的最终温度为600?800°C，保温2?3h，升温速率为5?10°CmirT1。
【附图说明】
[0013]图1为本发明中实例1、对比例1、对比例2所得样品与氧化石墨烯(GO)的红外光谱图。
[0014]图2为本发明中实例I中的Si02iC/G SEM图(a)，标尺为3ym；TEM图(b)。对比例I中的C/G SEM图(c)，标尺为3 μ m ;对比例2中S12^ SEM图(d)，标尺为5 μ m。
[0015]图3为本发明中实例1、实例2、实例3、对比例1、对比例2所得样品的循环性能曲线。
【具体实施方式】
[0016]实施例1:
[0017]称取7.5g 二氧化硅水溶胶，20g蔗糖，量取291ml去离子水加入，搅拌，超声分散，使其上述溶液呈透明微蓝。称取0.3g氧化石墨(GO)，超声分散于上述溶液中。将上述溶液置于水热釜中，在190°C下保持2h，自然冷却至室温，将釜中产物用去离子水和乙醇洗涤干净，于60°C下干燥。将干燥后的产物置于管式炉中，在氮气氛围下，以5°C mirT1的升温速率升温至600°C，保温2h，即得600-Si02@C/G复合物。
[0018]实施例2:
[0019]称取7.5g 二氧化硅水溶胶，20g蔗糖，量取291ml去离子水加入，搅拌，超声分散，使其上述溶液呈透明微蓝。称取0.3g氧化石墨(GO)，超声分散于上述溶液中。将上述溶液置于水热釜中，在190°C下保持2h，自然冷却至室温，将釜中产物用去离子水和乙醇洗涤干净，于60°C下干燥。将干燥后的产物置于管式炉中，在氮气氛围下，以5°C mirT1的升温速率升温至700°C，保温2h，即得700-Si02@C/G复合物。
[0020]实施例3:
[0021]称取7.5g 二氧化硅水溶胶，20g蔗糖，量取291ml去离子水加入，搅拌，超声分散，使其上述溶液呈透明微蓝。称取0.3g氧化石墨(GO)，超声分散于上述溶液中。将上述溶液置于水热釜中，在190°C下保持2h，自然冷却至室温，将釜中产物用去离子水和乙醇洗涤干净，于60°C下干燥。将干燥后的产物置于管式炉中，在氮气氛围下，以5°C mirT1的升温速率升温至800°C，保温2h，即得800-Si02@C/G复合物。
[0022]对比例1:
[0023]称取20g蔗糖，量取300ml去离子水加入，搅拌，超声分散，使其溶液透明。称取0.3g氧化石墨，超声分散于上述溶液中。将上述溶液置于水热釜中，在190°C下保持2h，自然冷却至室温，将釜中产物用去离子水和乙醇洗涤干净，于60°C下干燥。将干燥后的产物置于管式炉中，在氮气氛围下，以5°C mirT1的升温速率升温至700°C，保温2h，得到C/G复合物。
[0024]对比例2:
[0025]称取7.5g 二氧化硅水溶胶，20g蔗糖，量取291ml去离子水加入，搅拌，超声分散，使其上述溶液呈透明微蓝。称取0.3g氧化石墨，超声分散于上述溶液中。将上述溶液置于水热釜中，在190°C下保持2h，自然冷却至室温，将釜中产物用去离子水和乙醇洗涤干净，于60°C下干燥。将干燥后的产物置于马弗炉中，在空气氛围下，以5°C mirT1的升温速率升温至700°C，保温2h，得到纯Si02。
【主权项】
1.一种层状S1 2iC/G锂离子电池负极材料自组装方法，将S12溶胶、蔗糖、氧化石墨直接超声均匀混合，经水热和后续高温处理得到层状自组装的Si02@c/G复合物。其特征在于其制备的步骤和工艺条件如下: (1)按照一定比例称取S12溶胶和蔗糖，将其溶于去离子水中，搅拌，超声使溶液呈透明微蓝色； (2)称取一定量氧化石墨，加入步骤(I)中的微蓝色溶液中，超声分散一定时间，得到混合溶液； (3)将⑵中的混合液置于水热釜中，于180?200°C下反应10?15h，自然冷却至室温，用去离子水、无水乙醇抽滤洗涤后将产物干燥，将干燥后的产物置于高温炉中，在氮气氛围中，升温至一定温度并在该温度下保持一定时间，即得层状自组装的Si02@C/G复合物。
2.根据权利要求1所述的层状Si02@C/G锂离子电池负极材料自组装方法，步骤(I)中的S12溶胶尺寸为14-18nm，为无定型结构。S1 2溶胶与蔗糖的质量比为0.15?0.90。
3.根据权利要求1所述的层状Si02@C/G锂离子电池负极材料自组装方法，步骤(2)中所述的氧化石墨采用改进的Hummers法制得，氧化石墨与鹿糖的质量比为0.01?0.06，超声时间为2?4h。
4.根据权利要求1所述的层状Si02@C/G锂离子电池负极材料自组装方法，步骤(3)中所述的最终温度为600?800°C，保温2?3h，升温速率为5?10°C mirT1。
【专利摘要】一种层状SiO2C/G锂离子电池负极材料自组装方法，属新材料制备技术范畴，属于炭素材料与新能源材料交叉的技术领域。本发明的特点是硅溶胶、石墨烯、石墨片层在超声、水热和后续热处理过程中自组装成层状SiO2C/G锂离子电池负极材料。石墨烯具有良好的二维片层结构和优异的导电性，石墨烯片层之间分布的连续嵌有SiO2纳米颗粒的炭网络既导电又能使SiO2与石墨烯紧密相连，形成的SiO2C/G三维导电网络显著改善了SiO2导电性差和充放电过程中易膨胀的问题。SiO2C/G具有原料量广价廉，制备方法简单，形貌好，结构稳定，放电容量高，导电性强，循环性能好等一系列优点，是一种应用前景广阔的锂离子二次电池负极材料。
【IPC分类】H01M4-48, H01M4-62
【公开号】CN104638254
【申请号】CN201510037907
【发明人】吴明铂, 尹令红, 吴文婷, 李忠涛, 李朋
【申请人】中国石油大学(华东)
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月26日