石墨烯卷包裹納米硅顆粒復(fù)合電極材料及其制備方法
【專利摘要】一種石墨烯卷包裹納米硅顆粒復(fù)合電極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池電極材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域。該復(fù)合電極材料主體為石墨烯卷GS，直徑為0.5～2微米，長(zhǎng)度為10～30微米；納米硅顆粒nSi包裹于石墨烯卷GS中，大小為30～100納米，納米硅顆粒nSi的質(zhì)量百分含量為40～60％，該復(fù)合材料的化學(xué)組成描述為nSi@GS。石墨烯卷的卷曲結(jié)構(gòu)極大增強(qiáng)了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，石墨烯卷優(yōu)良的導(dǎo)電性使復(fù)合材料導(dǎo)電性有了很大提高，因此石墨烯卷包裹納米硅顆粒復(fù)合電極材料具有高比容量、高倍率性能和高循環(huán)穩(wěn)定性。此外，方法工藝簡(jiǎn)單，操作方便且試劑無毒，便于規(guī)模化生產(chǎn)。
【專利說明】
石墨烯卷包裹納米硅顆粒復(fù)合電極材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池電極材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種石墨稀卷包裹納米娃顆粒復(fù)合電極材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電子設(shè)備及電動(dòng)汽車的快速發(fā)展對(duì)高比容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命、高安全性鋰離子電池提出了更高的要求。目前商業(yè)化使用的石墨負(fù)極材料由于其較低的質(zhì)量比容量很難達(dá)到要求，亟需開發(fā)新一代鋰離子電池負(fù)極材料。硅基負(fù)極材料憑借其極高的質(zhì)量比容量吸引了研究者的關(guān)注，但是由于其較低的電子導(dǎo)電性及充放電過程中極大的體積變化，導(dǎo)致電極結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞，循環(huán)及倍率性能差，這嚴(yán)重阻礙了其作為商業(yè)化鋰離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用。為解決上述問題，目前主要是通過將硅與碳材料復(fù)合來提高材料的整體導(dǎo)電性，通過預(yù)留一定的空間來解決硅的體積膨脹問題。
[0003]在文獻(xiàn)(I)Journal of Power Sources，2016，312: 216-222中，Wei Zhang等人將納米硅顆粒分散在石墨烯層間，石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性極大地提高了材料整體的導(dǎo)電性，同時(shí)石墨烯層間的空隙也能夠緩解硅的體積膨脹，該復(fù)合材料展現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能。然而該材料中石墨烯比較疏散且不能很好地包裹納米硅顆粒，部分硅顆粒裸露在外面，導(dǎo)致該材料整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差。
[0004]在文獻(xiàn)(2)ACSNano,2015,9:1198-1205中，Xianghou Liu等人將納米硅薄膜與石墨烯薄膜交替平鋪在基底上，通過犧牲模板法使雙層薄膜卷曲從而得到卷曲三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合電極材料。石墨烯薄膜使該復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電性，同時(shí)卷曲結(jié)構(gòu)可減少與電解液接觸面積，避免生成過多的SEI膜，該復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。然而該復(fù)合材料中，由于納米硅呈薄膜狀，導(dǎo)致其與電解液的接觸面積變小，同時(shí)納米硅薄膜的膨脹空間也受到限制，導(dǎo)致充放電過程中納米硅薄膜易破裂，結(jié)構(gòu)易被破壞。另外，由于該雙層薄膜是剛性的，得到的卷曲復(fù)合材料的內(nèi)部空腔較大，這導(dǎo)致其體積比容量較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種石墨稀卷包裹納米娃顆粒復(fù)合電極材料，該復(fù)合電極材料主體為石墨稀卷GS，直徑為0.5?2微米，長(zhǎng)度為10?30微米;納米娃顆粒nSi包裹于石墨稀卷GS中，大小為30?100納米，納米娃顆粒nSi的質(zhì)量百分含量為40?60 %，該復(fù)合材料的化學(xué)組成可以描述為nS1GS。該復(fù)合材料具有高導(dǎo)電性及優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，較好地解決了硅導(dǎo)電性差及體積膨脹嚴(yán)重等問題，使復(fù)合電極材料表現(xiàn)出高比容量、高倍率性能和尚循環(huán)穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明還提供了一種制備石墨稀卷包裹納米娃顆粒復(fù)合電極材料的方法，該方法工藝簡(jiǎn)單，操作方便且試劑無毒，便于規(guī)模化生產(chǎn)。該方法的工藝流程如圖1所示，具體工藝步驟如下所述:
[0007](I)采用Hummer方法制備氧化石墨，并按照氧化石墨與去離子水的質(zhì)量比為1:10000?1:200的比例將氧化石墨分散在去離子水中，超聲0.5?2小時(shí)將氧化石墨剝層為氧化石墨烯GO，在3000?5000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心10?60分鐘以除去未剝層的氧化石墨，保留上層的氧化石墨烯GO懸浮液；
[0008](2)按照納米娃顆粒nSi與步驟(I)中氧化石墨的質(zhì)量比為1:2?2:1的比例稱取納米娃顆粒nSi，并按照納米娃顆粒nSi與去離子水的質(zhì)量比為1:10000?1:500的比例將納米硅顆粒nSi分散在去離子水中得到納米硅顆粒nSi懸浮液，按照聚二烯丙基二甲基氯化銨PDDA與納米娃顆粒nSi懸浮液的體積比為1:10?1:1的比例將聚二稀丙基二甲基氯化錢PDDA滴加入納米硅顆粒nSi懸浮液中，超聲0.1?I小時(shí)使聚二烯丙基二甲基氯化銨I3DDA均勾附著在納米娃顆粒nSi表面，從而使納米娃顆粒nSi帶正電荷，用去離子水洗滌3?5次以除去多余的聚二烯丙基二甲基氯化銨TODA，最后向聚二烯丙基二甲基氯化銨TODA處理過的納米娃顆粒nSi中加入去離子水，達(dá)到與前述納米娃顆粒nSi懸浮液相同的體積；
[0009](3)將步驟(I)得到的氧化石墨烯懸浮液與步驟(2)得到的聚二烯丙基二甲基氯化銨I3DDA處理過的納米硅顆粒nSi懸浮液按照體積比為1: 2?2:1的比例混合，超聲0.1?0.5小時(shí)使二者混合均勻，將得到的黃色懸浮液加熱至50?100°C后轉(zhuǎn)移至塑料燒杯中，將塑料燒杯迅速置于液氮中進(jìn)行快速冷凍，并冷凍干燥20?40小時(shí)，得到黃色粉末；
[0010](4)將步驟(3)得到的黃色粉末在氫氣-氬氣混合氣體氣氛下以2?6°C/分鐘的速率升溫到600?800°C并保溫I?3小時(shí)，之后隨爐冷卻至室溫;將煅燒得到的黑色粉末置于質(zhì)量濃度為5?10%的HF溶液中，浸泡0.1?I小時(shí)以除去二氧化硅，離心分離，無水乙醇洗滌3?5次以除去HF;最后在50?100°C條件下真空干燥10?20小時(shí)即得到石墨烯卷包裹納米娃顆粒nS1GS黑色粉末；其中，所述氫氣-氬氣混合氣體中，氫氣所占體積分?jǐn)?shù)為5%?10%。
[0011 ]采用RigakuUItimaIII型X-射線衍射儀(XRD)對(duì)本發(fā)明合成產(chǎn)物石墨稀卷包裹納米硅顆粒nS1GS進(jìn)行表征，其XRD譜圖如圖2所示，圖中出現(xiàn)了硅的特征衍射峰，也出現(xiàn)了碳的特征衍射峰。
[0012]采用RM2000型顯微共焦拉曼光譜儀(Raman)對(duì)本發(fā)明合成產(chǎn)物石墨稀卷包裹納米娃顆粒nSi@GS進(jìn)行表征，其Raman譜圖如圖3所示，圖中出現(xiàn)了娃的特征峰，也出現(xiàn)了碳的D峰和G峰。
[0013]采用ZEISSSupra 55型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)對(duì)本發(fā)明合成產(chǎn)物石墨烯卷包裹納米娃顆粒nS1GS進(jìn)行表征，其FESEM圖片如圖4所示，復(fù)合材料呈卷曲狀。采用Hitachi H-800型透射電鏡(TEM)對(duì)本發(fā)明合成產(chǎn)物石墨烯卷包裹納米硅顆粒nS1GS進(jìn)行觀察，其TEM圖片如圖5所示，可以清楚地看出納米娃顆粒nSi包裹在石墨稀卷GS中，大小為30?100納米。采用JEM-2100F高分辨透射電鏡(HRTEM)對(duì)本發(fā)明合成產(chǎn)物石墨烯卷包裹納米硅顆粒nS1GS進(jìn)行更細(xì)致表征，其HRTEM圖片如圖6所示，從圖中可以清楚地看到硅的晶格衍射條紋及無定形碳的存在。
[0014]將本發(fā)明合成的石墨稀卷包裹納米娃顆粒nSi@G SnS1GS與市售乙炔黑導(dǎo)電劑和海藻酸鈉粘結(jié)劑按照65:10: 25的質(zhì)量比例混合，以30?70μπι的厚度均勻涂在銅箔集流體上，80°C真空烘干，進(jìn)行輥壓，用沖片機(jī)制得直徑為Icm的電極片，于120°C真空(<10Pa)干燥24h，以金屬鋰片作為負(fù)極，采用Celgard 2400隔膜，lmol/L的LiPF6+EC+DMC+DEC(EC/DMC/DEC體積比1:1:1)為電解液，在德國(guó)M.Braun公司Unlab型干燥氬氣手套箱(H20〈 Ippm，02<Ippm)中組裝成CR2032扣式電池。采用武漢藍(lán)電CT2001A型電池測(cè)試儀進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，充放電電壓范圍為0.01?1.5￥(>8.1^+/1^)，測(cè)試結(jié)果如圖7所示，石墨稀卷包裹納米娃顆粒nS1GS在500mA.g—1的電流密度下循環(huán)50周后比容量達(dá)到1610mAhg—S容量保持率為90%，且?guī)靷愋室恢北３衷?7%以上。
[0015]本發(fā)明的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)在于:石墨烯具有優(yōu)異的電子導(dǎo)電性，并且可以形成順暢的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而極大地提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性;石墨烯卷獨(dú)特的卷曲結(jié)構(gòu)可以將納米硅顆粒包覆在其中，卷曲結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空隙及石墨烯的柔韌性可以有效地緩解硅在充放電過程中的體積膨脹問題，從而極大地提高了復(fù)合材料的整體穩(wěn)定性；因此該復(fù)合材料用作鋰離子電池負(fù)極具有優(yōu)良的倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性。此外，本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單，操作方便且試劑無毒，便于規(guī)模化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明制備石墨稀卷包裹納米娃顆粒nS1GS的工藝流程示意圖；其中S1-PDDA為聚二稀丙基二甲基氯化錢修飾的納米娃顆粒，GO為氧化石墨稀，nS1GS為石墨稀卷包裹納米娃顆粒復(fù)合材料，步驟(i)為表面帶負(fù)電荷的氧化石墨稀GO與表面帶正電荷的聚二稀丙基二甲基氯化錢修飾的納米娃顆粒S1-PDDA的復(fù)合過程，步驟(ii)為在快速冷卻條件下，石墨稀卷曲形成石墨稀卷包裹納米娃顆粒nS1GS的過程。
[0017]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的石墨稀卷包裹納米娃顆粒nS1GS的XRD譜圖；其中，橫坐標(biāo)為角度2Θ，單位為:度(°);縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度，單位為:絕對(duì)單位(a.u.)。
[0018]圖3為實(shí)施例1制備的石墨稀卷包裹納米娃顆粒nSi@GS的Raman譜圖；其中，橫坐標(biāo)為拉曼位移，單位為:厘米—1 (cm—1);縱坐標(biāo)為拉曼強(qiáng)度，單位為:絕度單位(a.u.)。
[0019]圖4為實(shí)施例1制備的石墨烯卷包裹納米硅顆粒nS1GS的FESEM照片圖。
[0020]圖5為實(shí)施例1制備的石墨烯卷包裹納米硅顆粒nS1GS的TEM照片圖。
[0021 ] 圖6為實(shí)施例1制備的石墨烯卷包裹納米硅顆粒nS1GS的HRTEM照片圖。
[0022]圖7為實(shí)施例1制備的石墨稀卷包裹納米娃顆粒nSi@GS負(fù)極材料的電化學(xué)循環(huán)性能及庫侖效率曲線圖；橫坐標(biāo)為循環(huán)周數(shù)，單位為:周；左側(cè)縱坐標(biāo)為放電比容量，單位為:毫安時(shí).克—1OnAh.g—O，右側(cè)縱坐標(biāo)為庫倫效率，單位為:百分?jǐn)?shù)(％);
[0023]曲線a為放電比容量與循環(huán)周數(shù)的關(guān)系曲線；曲線b為庫侖效率與循環(huán)周數(shù)的關(guān)系曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例1
[0025](I)稱取40mg用Hummer方法制備的氧化石墨并分散在60mL去離子水中，超聲0.5小時(shí)將氧化石墨剝層為氧化石墨烯，在4000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心30分鐘以除去未剝層的氧化石墨，保留上層的氧化石墨烯懸浮液。
[0026](2)稱取40mg納米娃顆粒分散在60mL去離子水中，向上述納米娃懸浮液中滴加12mL聚二烯丙基二甲基氯化銨PDDA，超聲0.5小時(shí)使PDDA均勻附著在納米硅顆粒表面使納米硅顆粒帶正電荷，用去離子水洗滌3次以除去多余的TODA，然后向TODA處理過的納米硅顆粒中加入去離子水得到體積為60mL的懸浮液。
[0027](3)取步驟(I)得到的氧化石墨烯懸浮液60mL與步驟(2)得到PDDA處理后的納米硅顆粒懸浮液60mL混合，并超聲0.2小時(shí)使二者混合均勻;將得到的黃色懸浮液加熱至90 V后轉(zhuǎn)移至塑料燒杯中，將塑料燒杯迅速置于液氮中進(jìn)行快速冷凍，然后冷凍干燥40小時(shí)，得到黃色粉末。
[0028](4)將步驟(3)得到的黃色粉末在氫氣體積百分?jǐn)?shù)為5%的氫氣-氬氣混合氣體氣氛下以2°C/分鐘的速率升溫到700°C保溫2小時(shí)，之后隨爐冷卻至室溫;將煅燒得到的黑色粉末置于質(zhì)量濃度為10%的HF溶液中，浸泡0.5小時(shí)以除去二氧化硅，離心分離，用無水乙醇洗滌3次以除去HF;最后在80 °C條件下真空干燥10小時(shí)即得到石墨烯卷包裹納米硅顆粒nS1GS黑色粉末。
[0029]采用RigakuUItimaIII型X-射線衍射儀(XRD)對(duì)本實(shí)施例合成的石墨稀卷包裹納米硅顆粒nS1GS進(jìn)行表征，其XRD譜圖如圖2所示，圖中出現(xiàn)了硅的特征衍射峰，也出現(xiàn)了碳的特征衍射峰。
[0030]采用RM2000型顯微共焦拉曼光譜儀(!^^“對(duì)石墨稀卷包裹納米娃顆粒舊丨紙^進(jìn)行表征，其Raman譜圖如圖3所示，圖中出現(xiàn)了娃的特征峰，也出現(xiàn)了碳的D峰和G峰。
[0031]采用ZEISS Supra 55型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)對(duì)石墨烯卷包裹納米硅顆粒nSi@GS進(jìn)行表征，其FESEM圖片如圖4所示，復(fù)合材料呈卷曲狀。采用Hitachi H-800型透射電鏡(TEM)對(duì)石墨稀卷包裹納米娃顆粒nS1GS進(jìn)行觀察，其TEM圖片如圖5所示，可以清楚地看出納米硅顆粒nSi包裹在石墨烯卷GS中，大小為30?100納米。采用JEM-2100F高分辨透射電鏡(HRTEM)對(duì)石墨烯卷包裹納米硅顆粒nS1GS進(jìn)行更細(xì)致表征，其HRTEM圖片如圖6所示，從圖中可以清楚地看到硅的晶格衍射條紋及無定形碳的存在。
[0032]將本實(shí)施例合成的石墨稀卷包裹納米娃顆粒nSi@GSnSi@GS與市售乙炔黑導(dǎo)電劑和海藻酸鈉粘結(jié)劑按照65:10:25的質(zhì)量比例混合，以30?70μπι的厚度均勻涂在銅箔集流體上，80°C真空烘干，進(jìn)行輥壓，用沖片機(jī)制得直徑為Icm的電極片，于120°C真空(<10Pa)干燥24h，以金屬鋰片作為負(fù)極，采用Celgard 2400隔膜，lmol/L的LiPF6+EC+DMC+DEC(EC/DMC/DEC體積比1:1:1)為電解液，在德國(guó)M.Braun公司Unlab型干燥氬氣手套箱(H20〈 Ippm，02<Ippm)中組裝成CR2032扣式電池。采用武漢藍(lán)電CT2001A型電池測(cè)試儀進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，充放電電壓范圍為0.01?1.5V(vs.Li+/Li)，測(cè)試結(jié)果如圖7所示，本實(shí)施例石墨稀卷包裹納米硅顆粒nS1GS在500mA.g—1的電流密度下循環(huán)50周后比容量達(dá)到1610mAh g—S容量保持率為90%，且?guī)靷愋室恢北３衷?7%以上。
[0033]實(shí)施例2
[0034](I)稱取1mg用Hummer方法制備的氧化石墨并分散在10mL去離子水中，超聲I小時(shí)將氧化石墨剝層為氧化石墨烯，在3000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心30分鐘以除去未剝層的氧化石墨，保留上層的氧化石墨烯懸浮液。
[0035](2)稱取20mg納米硅顆粒分散在60mL去離子水中，向上述納米硅懸浮液中滴加60mL聚二烯丙基二甲基氯化銨TODA，超聲I小時(shí)使PDDA均勻附著在納米硅顆粒表面使納米硅顆粒帶正電荷，用去離子水洗滌5次以除去多余的PDDA，然后向I3DDA處理過的納米硅顆粒中加入去離子水得到體積為60mL的懸浮液。
[0036](3)取步驟(I)得到的氧化石墨烯懸浮液10mL與步驟(2)得到PDDA處理后的納米硅顆粒懸浮液50mL混合，并超聲0.1小時(shí)使二者混合均勻;將得到的黃色懸浮液加熱至50°C后轉(zhuǎn)移至塑料燒杯中，將塑料燒杯迅速置于液氮中進(jìn)行快速冷凍，然后冷凍干燥20小時(shí)，得到黃色粉末。
[0037](4)將步驟(3)得到的黃色粉末在氫氣體積百分?jǐn)?shù)為10%的氫氣-氬氣混合氣體氣氛下以6°C/分鐘的速率升溫到600°C保溫3小時(shí)，之后隨爐冷卻至室溫;將煅燒得到的黑色粉末置于質(zhì)量濃度為5%的HF溶液中，浸泡0.1小時(shí)以除去二氧化硅，離心分離，用無水乙醇洗滌5次以除去HF;最后在60°C條件下真空干燥15小時(shí)即得到石墨烯卷包裹納米硅顆粒nS1GS黑色粉末。
[0038]實(shí)施例3
[0039](I)稱取200mg用Hummer方法制備的氧化石墨并分散在40mL去離子水中，超聲2小時(shí)將氧化石墨剝層為氧化石墨烯，在5000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心30分鐘以除去未剝層的氧化石墨，保留上層的氧化石墨烯懸浮液。
[0040](2)稱取10mg納米硅顆粒分散在100mL去離子水中，向上述納米硅懸浮液中滴加10mL聚二烯丙基二甲基氯化銨TODA，超聲I小時(shí)使I3DDA均勻附著在納米硅顆粒表面使納米硅顆粒帶正電荷，用去離子水洗滌4次以除去多余的PDDA，然后向I3DDA處理過的納米硅顆粒中加入去離子水得到體積為I OOOmL的懸浮液。
[0041](3)取步驟(I)得到的氧化石墨烯懸浮液20mL與步驟(2)得到PDDA處理后的納米硅顆粒懸浮液40mL混合，并超聲0.5小時(shí)使二者混合均勻;將得到的黃色懸浮液加熱至100°C后轉(zhuǎn)移至塑料燒杯中，將塑料燒杯迅速置于液氮中進(jìn)行快速冷凍，然后冷凍干燥25小時(shí)，得到黃色粉末。
[0042](4)將步驟(3)得到的黃色粉末在氫氣體積百分?jǐn)?shù)為5%的氫氣-氬氣混合氣體氣氛下以4°C/分鐘的速率升溫到800°C保溫I小時(shí)，之后隨爐冷卻至室溫;將煅燒得到的黑色粉末置于質(zhì)量濃度為8%的HF溶液中，浸泡I小時(shí)以除去二氧化硅，離心分離，用無水乙醇洗滌4次以除去HF;最后在50°C條件下真空干燥20小時(shí)即得到石墨烯卷包裹納米硅顆粒nSi@GS黑色粉末。
[0043]實(shí)施例4
[0044](I)稱取10mg用Hummer方法制備的氧化石墨并分散在50mL去離子水中，超聲I小時(shí)將氧化石墨剝層為氧化石墨烯，在3500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心60分鐘以除去未剝層的氧化石墨，保留上層的氧化石墨烯懸浮液。
[0045](2)稱取10mg納米硅顆粒分散在10mL去離子水中，向上述納米硅懸浮液中滴加50mL聚二烯丙基二甲基氯化銨PDDA，超聲0.2小時(shí)使PDDA均勻附著在納米硅顆粒表面使納米硅顆粒帶正電荷，用去離子水洗滌3次以除去多余的TODA，然后向TODA處理過的納米硅顆粒中加入去離子水得到體積為I OOmL的懸浮液。
[0046](3)取步驟(I)得到的氧化石墨烯懸浮液50mL與步驟(2)得到PDDA處理后的納米硅顆粒懸浮液50mL混合，并超聲0.1小時(shí)使二者混合均勻;將得到的黃色懸浮液加熱至80 V后轉(zhuǎn)移至塑料燒杯中，將塑料燒杯迅速置于液氮中進(jìn)行快速冷凍，然后冷凍干燥30小時(shí)，得到黃色粉末。
[0047](4)將步驟(3)得到的黃色粉末在氫氣體積百分?jǐn)?shù)為10%的氫氣-氬氣混合氣體氣氛下以5°C/分鐘的速率升溫到650°C保溫2小時(shí)，之后隨爐冷卻至室溫;將煅燒得到的黑色粉末置于質(zhì)量濃度為10%的HF溶液中，浸泡0.5小時(shí)以除去二氧化硅，離心分離，用無水乙醇洗滌5次以除去HF;最后在100 °C條件下真空干燥10小時(shí)即得到石墨烯卷包裹納米硅顆粒nS1GS黑色粉末。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨稀卷包裹納米娃顆粒復(fù)合電極材料，其特征在于，該復(fù)合電極材料主體為石墨稀卷GS，直徑為0.5?2微米，長(zhǎng)度為10?30微米;納米娃顆粒nSi包裹于石墨稀卷GS中，大小為30?100納米，納米硅顆粒nSi的質(zhì)量百分含量為40?60%，該復(fù)合材料的化學(xué)組成描述為nS1GS。2.—種制備權(quán)利要求1所述石墨稀卷包裹納米娃顆粒復(fù)合電極材料的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)采用Hrnnmer方法制備氧化石墨，并按照氧化石墨與去離子水的質(zhì)量比為1:10000?1: 200的比例將氧化石墨分散在去離子水中，超聲0.5?2小時(shí)將氧化石墨剝層為氧化石墨烯G0，在3000?5000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心10?60分鐘以除去未剝層的氧化石墨，保留上層的氧化石墨稀GO懸浮液； (2)按照納米娃顆粒nSi與步驟(I)中氧化石墨的質(zhì)量比為1:2?2:1的比例稱取納米娃顆粒nSi，并按照納米娃顆粒nSi與去離子水的質(zhì)量比為1:10000?1:500的比例將納米娃顆粒nSi分散在去離子水中得到納米硅顆粒nSi懸浮液，按照聚二烯丙基二甲基氯化銨TODA與納米娃顆粒nSi懸浮液的體積比為1:10?1:1的比例將聚二稀丙基二甲基氯化錢PDDA滴加入納米硅顆粒nSi懸浮液中，超聲0.1?I小時(shí)使聚二烯丙基二甲基氯化銨PDDA均勻附著在納米娃顆粒nSi表面，使納米娃顆粒nSi帶正電荷，用去離子水洗滌3?5次以除去多余的聚二烯丙基二甲基氯化銨PDDA，最后向聚二烯丙基二甲基氯化銨PDDA處理過的納米硅顆粒nS i中加入去離子水，達(dá)到與前述納米娃顆粒nS i懸浮液相同的體積； (3)將步驟(I)得到的氧化石墨烯懸浮液與步驟(2)得到的聚二烯丙基二甲基氯化銨PDDA處理過的納米娃顆粒nSi懸浮液按照體積比為1:2?2:1的比例混合，超聲0.1?0.5小時(shí)使二者混合均勻，將得到的黃色懸浮液加熱至50?100 0C后轉(zhuǎn)移至塑料燒杯中，將塑料燒杯迅速置于液氮中進(jìn)行快速冷凍，并冷凍干燥20?40小時(shí)，得到黃色粉末； (4)將步驟(3)得到的黃色粉末在氫氣-氬氣混合氣體氣氛下以2?6°C/分鐘的速率升溫到600?800°C并保溫I?3小時(shí)，之后隨爐冷卻至室溫;將煅燒得到的黑色粉末置于質(zhì)量濃度為5?10 %的HF溶液中，浸泡0.1?I小時(shí)以除去二氧化硅，離心分離，無水乙醇洗滌3?5次以除去HF;最后在50?100°C條件下真空干燥10?20小時(shí)即得到石墨烯卷包裹納米硅顆粒nS1GS黑色粉末。3.按照權(quán)利要求2所述制備石墨稀卷包裹納米娃顆粒復(fù)合電極材料的方法，其特征在于，步驟(4)中所述氫氣-氬氣混合氣體中，氫氣所占體積分?jǐn)?shù)為5%?10%。
【文檔編號(hào)】H01M4/36GK105883716SQ201610460979
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】楊文勝, 于永利, 周帥, 陳彥彬, 劉大亮
【申請(qǐng)人】北京化工大學(xué), 江蘇當(dāng)升材料科技有限公司