一种高容量锂离子电池电极用复合纳米材料及其制备方法与流程

文档序号:12370922阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种高容量锂离子电池电极用复合纳米材料的制备方法,其特征在于,所述复合纳米材料由多孔硅、石墨烯纳米片和无定形碳组成,所述方法包括如下步骤:

多孔硅基体的制备:将乙醇与有机硅按摩尔比为(5~30):1在室温下混合均匀,在搅拌状态下滴加无机酸水溶液,无机酸与有机硅的摩尔比为(0.05~5):1,滴加完毕后恒温反应得混合液A,所述反应温度为30~80℃,反应时间0.5~3小时;按硅酸盐与有机硅的摩尔比为(1~10):1称取硅酸盐,并配制成硅酸盐水溶液,在搅拌状态下往硅酸盐水溶液中滴加无机碱水溶液,无机碱与硅酸盐的摩尔比为(0.05~5):1,滴加完毕后恒温30~80℃反应0.5~3小时得混合液B;然后分别将混合液A和混合液B老化12~24小时后产物进行离心、洗涤得硅前躯体物A和B,之后将多孔硅前躯体A和B在80~100℃下烘干;最后,将硅前躯体物A和B以1:1~2的重量比混合均匀,加入胶溶剂成型,成型物经过80℃~150℃干燥,并经过锻烧即得到最终的多孔硅基体;

复合纳米材料的制备:将碳源和二茂铁溶解在30~60mL的无水乙醇/水的混合溶剂中,形成均一稳定的溶液,然后加入氧化石墨纳米片和步骤(1)得到的多孔硅基体,所述多孔硅基体和碳源质量比3~6:1,氧化石墨纳米片和碳源质量比1~2:1,之后室温下超声处理1~2h,然后将混合物转移到带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中,110~120℃下水热反应8~12h,反应结束后,将产物进行离心分离、洗涤,80~100℃下烘干,最后在450~550℃下氮气气氛中焙烧3~5h,即得所述复合纳米材料;

其中,所述多孔硅基体占20~80wt%,石墨烯纳米片占10~40wt%,无定形碳占10~50wt%,所述多孔硅基体总孔容为0.5~2.5cm3/g,比表面积为50~320m2/g,其孔道呈双峰孔分布,孔径为2~15nm的小孔占总孔容的30~50%,5~30nm的大孔占总孔容的50~70%;石墨烯纳米片的厚度为2~6nm,无定形碳粒径为5~20nm纳米,石墨烯纳米片和无定形碳直接生长在多孔硅表面;所述复合纳米材料作为锂离子电池负极材料使用时,充放电实验显示,其首次可逆容量为3230~3370mAh/g,100次循环后可逆容量为1610~1720mAh/g。

2.根据权利要求1所述的复合纳米材料,其特征在于,所述无机酸或无机碱水溶液的摩尔浓度为0.1~2mo1/L。

3.根据权利要求1所述的复合纳米材料,其特征在于,所述无水乙醇/水的混合溶剂中无水乙醇与水的体积比为2:1。

4.根据权利要求1所述的复合纳米材料,其特征在于,所述的硅酸盐选自硅酸钠、硅酸钾、偏四氯化硅中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的复合纳米材料,其特征在于,所述的有机硅选自正硅酸乙酯,正硅酸甲酯,多聚硅氧烷中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的复合纳米材料,其特征在于,所述的无机酸选自硫酸、硝酸、盐酸或其混合;所述的无机碱选自氢氧化钠或氨水。

7.根据权利要求1所述的复合纳米材料,其特征在于,所述成型过程中使用的胶溶剂为水或酸,其中酸选自甲酸、乙酸有机酸,或为硝酸、盐酸无机酸,成型后首先经过干燥,然后进行锻烧,锻烧温度为400℃~600℃,锻烧时间为4~12小时。

8.根据权利要求1所述的复合纳米材料,其特征在于,所述碳源为葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂和间苯二酚的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的复合纳米材料,其特征在于,所述均一稳定的溶液中碳源的加入量为5~20g/L,二茂铁的浓度为0.001~0.005mo1/L。

10.根据权利要求1所述的复合纳米材料,其特征在于,所述氧化石墨纳米片的制备方法为:在0℃冰浴下,将0.015~0.072g石墨粉分散到20~25mL浓硫酸中,搅拌下加入KMnO4,所加KMnO4的质量是石墨粉的3~4倍,搅拌30~60分钟,温度上升至30~35℃,加入40~50ml去离子水,搅拌20~30分钟,加入10~15ml质量浓度30%的H2O2,搅拌5~20分钟,经过离心分离,用质量浓度5%的HCl溶液、去离子水和丙酮反复洗涤后得到氧化石墨纳米片。

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