[发明专利]一种掺杂石墨烯的中空多孔的碳/硅纳米纤维锂电池负极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种掺杂石墨烯的中空多孔的碳/硅纳米纤维锂电池负极材料的制备方法，所述掺杂石墨烯的中空多孔的碳/硅纳米纤维锂电池负极材料由硅纳米粒子和石墨烯均匀地分散到中空多孔的碳纳米纤维基质中构成，碳/石墨烯/硅的质量比为80:15-25:2，孔隙率为800-1000g/cm³，所述的中空多孔的纳米纤维是以无纺纤维毡的形式存在，纤维的直径为300-500nm，硅纳米粒子的尺寸为15-30nm，按以下步骤进行：

（1）将氧化石墨烯在室温条件下超声分散到由N-N二甲基甲酰胺和乙酸组成的混合溶剂中，得到均匀分散的氧化石墨烯溶液，氧化石墨烯的质量浓度为0.1-1.0%，N-N二甲基甲酰胺和乙酸的体积比为15:1-5，超声分散的时间为4-10h；

（2）将聚丙烯腈粉末、聚甲基丙烯酸甲酯粉末和正硅酸乙酯加入到步骤（1）中所述的氧化石墨烯溶液中，在80℃条件下超声搅拌2-8h，得到聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯/正硅酸乙酯/氧化石墨烯的混合溶液，聚丙烯腈的质量浓度为5-10%，正硅酸乙酯的质量浓度为1-5%；

（3）将聚甲基丙烯酸甲酯粉末置于N-N二甲基甲酰胺中得到质量分数为5-15% 的聚甲基丙烯酸甲酯溶液；

（4）将步骤（2）中所得的聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯/正硅酸乙酯/氧化石墨烯的混合溶液作为壳层溶液，将步骤（3）中所得的聚甲基丙烯酸甲酯溶液作为芯层溶液，分别转移至注射器中进行静电纺丝，纺丝液流量分别为0.1-2.0ml/h、0.5-1.0ml/h，纺丝电压为15-25KV，采用滚筒作为接收装置，滚筒与针尖之间的距离为20-40cm，得到掺杂氧化石墨烯的聚丙烯腈/二氧化硅纳米纤维毡；

（5）将步骤（4）中所得的纳米纤维毡在50-100℃条件下干燥10-20h后，在空气气氛下预氧化2-5h，随后转移至碳化炉中以1-10℃/min的速率升温到800-1000℃进行碳化，保温1-5 h，得到掺杂石墨烯的中空多孔的碳/二氧化硅纳米纤维毡；

（6）将步骤（5）中所得的纳米纤维毡与镁粉混合放入碳化炉中进行高温热还原反应，在氩气气氛下，以1-10℃/min速率升温到500-800℃，保温1-5h，将高温热还原过程中生成的氧化镁用盐酸处理5-20h后，再经蒸馏水洗涤3次后放入50-100℃的真空烘箱中干燥10-20 h，得到掺杂石墨烯的中空多孔的碳/硅纳米纤维；

（7）将步骤（6）中所得的掺杂石墨烯的中空多孔的碳/硅纳米纤维利用聚偏氟乙烯/乙炔黑的混合溶液作为粘结剂粘贴到铜箔上，偏氟乙烯/乙炔黑的质量比为1:1，粘结剂与掺杂石墨烯的中空多孔的碳/硅纳米纤维的质量比为1:1-30，将粘贴有掺杂石墨烯的中空多孔的碳/硅纳米纤维的电极片放于100-200℃的烘箱中烘干过夜，得到掺杂石墨烯的中空多孔的碳/硅纳米纤维锂电池负极材料。

2.根据权利要求1所述的掺杂石墨烯的中空多孔的碳/硅纳米纤维锂电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中聚丙烯腈的分子量为5万-15万，聚甲基丙烯酸甲酯的分子量为5万-13万。

3.根据权利要求1所述的掺杂石墨烯的中空多孔的碳/硅纳米纤维锂电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中聚甲基丙烯酸甲酯与聚丙烯腈的用量比为2-5:7。