[發明專利]一種具有分層次結構的石墨烯/硅多孔微球電極的制備方法

有效

• 申請號: 201611096982.4
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN106784661B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 劉曉旭;孫飛;閆凱;池紅巖;朱波;王影;張曉蘭
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 李紅媛

一種具有分層次結構的石墨烯/硅多孔微球電極制備方法，它涉及一種分級結構的三維復合材料制備方法。本發明的目的是要解決現有負極材料體積膨脹，導致電池性能衰竭和不能獲得三維多孔結構的電極材料的問題。方法：一、制備氧化石墨烯；二、制備氧化石墨烯、聚苯乙烯微球、硅粉及聚酰亞胺的混合溶液；三、干燥；四、退火處理，得到具有分層次結構的石墨烯/硅多孔微球電極。本發明制備的具有分層次結構的石墨烯/硅多孔微球電極展現出良好的倍率穩定性，以其作為電池負極材料制備的電池在電流密度為3A/g倍率下，其容量仍可以大于370mAh/g。本發明可獲得一種具有分層次結構的石墨烯/硅多孔微球電極制備方法。

技術領域

本發明涉及一種分級結構的三維復合材料的制備方法。

背景技術

人類正面對常規化石能源的枯竭的風險，且環境的污染問題觸目驚心，開發新型清潔綠色的新能源迫在眉睫，鋰離子電池廣泛應用于手機等消費類電子產品，且在電動車等動力領域的應用也在不斷增加。對于智能手機和電動車等來講，提高鋰離子電池活性物質的比容量即電池的能量密度尤其重要。鋰離子電池負極材料目前主要采用石墨，其理論比容量僅為372mAh g^-1。硅作為鋰離子電池的負極材料，其理論比容量高達4200mAh g^-1，遠高于石墨負極材料，在提高鋰離子電池能量密度方面具有極大的吸引力。但是硅負極材料存在兩個問題：其一是鋰離子在硅中脫嵌的體積膨脹最大高達400％，容易造成電極過早失效；其二是硅的本征導電率較低，約6.7×10^-4S cm^-1，影響電極的電化學動力學性能。

使用理論石墨烯與硅復合，制備復合電極材料，可以大大提高電極材料的穩定性，國內外已有不少有關石墨烯與硅的復合材料的制備研究，但具備分級結構的三維多孔結構仍是難于獲得的。

發明內容

本發明的目的是要解決現有負極材料體積膨脹，導致電池性能衰竭和不能獲得三維多孔結構的電極材料的問題，而提供一種具有分層次結構的石墨烯/硅多孔微球電極的制備方法。

一種具有分層次結構的石墨烯/硅多孔微球電極的制備方法，是按以下步驟完成的：

一、制備氧化石墨烯：

①、將天然石墨和高錳酸鉀加入到質量分數為98％的硫酸中，再在冰浴和攪拌速度為300r/min～400r/min下攪拌1h～2h，得到混合物A；

步驟一①中所述的天然石墨和高錳酸鉀的質量比為1:5；

步驟一①中所述的天然石墨的質量與質量分數為98％的硫酸的體積比為1g：60mL～100mL；

②、將混合物A加熱至35℃，再在溫度為35℃下保溫1h，再向混合物A中加入去離子水，再將加入去離子水的混合物升溫至90℃～95℃，再在溫度為90℃～95℃下保溫30min～35min，得到混合物B；

步驟一②中所述的混合物A與去離子水的體積比為1:1；

③、將混合物B自然冷卻至室溫，再將質量分數為35％的H₂O₂溶液加入到混合物B中，室溫下在攪拌速度為100r/min～300r/min下反應10min，得到氧化石墨烯水溶液；將氧化石墨烯水溶液在3000r/min～3500r/min的離心速度下進行離心分離，取離心后的上層清液；再將離心分離后得到的上層清液在8000r/min～8500r/min的離心速度下再次進行離心分離，取離心分離后的沉淀物質，再在溫度為60℃～80℃下進行干燥1h～3h，得到氧化石墨烯；

步驟一①中所述的天然石墨的質量與步驟一③中所述的質量分數為35％的H₂O₂溶液的體積比為1g:(5mL～6mL)；

二、制備氧化石墨烯、聚苯乙烯微球、硅粉及聚酰亞胺酸的混合溶液：