[发明专利]石墨烯/纳米硅复合电极片及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及新材料领域，尤其涉及一种石墨烯/纳米硅复合电极片及其制备方法。

【背景技术】

自从英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K.Geim)等在2004年制备出石墨烯材料，由于其独特的结构和光电性质受到了人们广泛的重视。单层石墨由于其大的比表面积，优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数而被认为是理想的材料。石墨烯不但具有较高的嵌锂容量(理论容量：～700mAh/g，实际容量：400～500mAh/g)，而且充放电循环性能非常好。可在锂离子电容器和锂离子电池中用作负极电极材料。

作为锂离子电池的负极材料，必须具有优异的嵌锂性能，目前所知道的嵌锂材料中，纯硅因具有最高的理论储锂容量(4200mAh/g)，相对较低的嵌锂电位，充放电过程不易团聚，较其他金属基材料具有更高的物理稳定性和化学稳定性，目前成为锂离子电池负极材料领域的研究热点，但其同样存在脱锂之后的体积膨胀效应，导致其不稳定。

因此，综合各种材料的优点，有目的的将各种材料复合形成复合负极材料，避免各自存在的不足，可能满足要求。因此将具有高嵌锂容量的纳米硅与充放电循环性能较好的石墨烯复合到一起，石墨烯作为缓冲物质，抑制硅的体积膨胀，取石墨烯充放电循环性能好寿命长的优点以及硅的氧化物存储容量高的特点，扩大其复合材料的应用。

传统制备电极片的工艺较为复杂，而且加入一定的粘结剂，增大了电极的等效串联电阻，影响电池的功率密度。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种等效串联电阻较低的石墨烯/纳米硅复合电极片及其制备方法。

一种石墨烯/纳米硅复合电极片，包括：集流体、沉积在所述集流体表面的石墨烯以及分散在所述石墨烯表面的纳米硅；

所述石墨烯与所述纳米硅的质量比为1∶1～9∶1。

优选的，所述纳米硅的粒径为20nm～60nm。

一种石墨烯/纳米硅复合电极片的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、提供或制备纳米硅和氧化石墨；

步骤二、将所述氧化石墨加入到第一醇溶剂中超声剥离，得到氧化石墨烯的醇溶液；按照所述氧化石墨烯还原得到的石墨烯与所述纳米硅的质量比为1∶1～9∶1，将所述纳米硅加入到第二醇溶剂中分散后得到均匀分散的纳米硅的醇溶液；将纳米硅的醇溶液加入到所述氧化石墨烯的醇溶液中，分散后得到均匀分散的氧化石墨烯与纳米硅的混合溶液；

步骤三、向所述氧化石墨烯与纳米硅的混合溶液中加入电解质，混匀后得到均匀的电解液，再以集流体作为电极，将两个所述电极平行对称放入所述电解液中，在两个所述电极的两端加入40V～80V的直流电，两个所述电极的间距为0.5cm～1cm，电泳后取出所述电极晾干后真空干燥，得到氧化石墨烯/纳米硅复合电极片；

步骤四、在保护气体氛围下，将所述氧化石墨烯/纳米硅复合电极片在500℃～800℃下高温还原，冷却后取出，得到所述石墨烯/纳米硅复合电极片。

优选的，步骤一中，所述纳米硅的粒径为20nm～60nm。

优选的，步骤二中，所述第一醇溶剂为乙醇、丙醇或异丙醇；

所述第二醇溶剂为乙醇、丙醇或异丙醇。

优选的，步骤三中，所述电解质为硝酸镁、硫酸镁、硝酸铁或硝酸锌。

优选的，步骤三中，所述电解液中所述电解质的质量浓度为0.2mg/mL～0.5mg/mL。

优选的，步骤三中，所述电泳的时间为5min～20min。

优选的，步骤四中，所述保护气体氛围中保护气体为氮气和惰性气体中的至少一种。

优选的，步骤四中，所述高温还原的时间为2h～4h。

这种石墨烯/纳米硅复合电极片中石墨烯直接沉积在集流体上，纳米硅吸附在石墨烯表面，相对于传统的加入粘接剂的电极片，这种石墨烯/纳米硅复合电极片的等效串联电阻较低，采用这种石墨烯/纳米硅复合电极片可以有效地提高电池的功率密度。

【附图说明】

图1为实施例1制备的石墨烯/纳米硅复合电极片的SEM电镜图。

【具体实施方式】

下面结合附图及实施例对石墨烯/纳米硅复合电极片及其制备方法做进一步的解释说明。

一种石墨烯/纳米硅复合电极片，包括：集流体、沉积在所述集流体表面的石墨烯以及分散在所述石墨烯表面的纳米硅。

石墨烯与纳米硅的质量比为1∶1～9∶1。

集流体为镍箔、铝箔、腐蚀铝箔或泡沫镍。

纳米硅的粒径为20nm～60nm。