[发明专利]一种0D / 2D纳米层状结构Si-RGO复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及电机材料制备技术领域，尤其涉及一种0D / 2D纳米层状结构Si‑RGO复合材料的制备方法，通过混合、封端、制备SiNPs分散液、涂布、冲压、热处理等步骤制取得到纳米层状结构Si‑RGO复合材料，利用本方法制造出的Si‑RGO复合材料均匀，紧凑，机械强度高，能量密度高，同时该方法无粘结剂的加入，节约了成本。

技术领域

本发明涉及电机材料制备技术领域，尤其涉及一种0D / 2D纳米层状结构Si-RGO复合材料的制备方法。

背景技术

新能源汽车，二次能源发电厂等前沿应用中日益提高的储能元件标准，对具有高能量密度和高功率密度的新型锂离子电池（LIB）制备工艺有了更高的要求，作为最有前途的负极材料之一，硅的理论容量为3579mAh / g，约为商用石墨负极理论容量（372mAh / g）的10倍。然而，在传统的电极工艺中，直接使用硅，无论是微米尺度粉末还是纳米颗粒，都会导致产品性能不佳，主要是因为硅导电性差以及电化学循环过程中的大体积变化往往导致电极材料粉化破碎，因此，硅基负极的下一代制造工艺需要生成良好的导电基质和机械强度高的的电极结构，从而提高其循环寿命。

石墨烯是一种轻质的二维材料，具有高的电子传导率和机械强度，机械稳定且高导电性的石墨烯可用作基质以支持活性材料并进一步改善其电化学性能，石墨烯与硅纳米颗粒（SiNP）的组合将有效地解决硅基负极的弱点，并改善其电化学性能。

近年来，研究者已经开发了许多方法来生成用于LIB的硅/石墨烯复合负极，例如真空渗透，硅/石墨烯悬浮液的冷冻干燥，电喷雾，浸涂和各种模板化CVD方法，然而，通过现有方法制造硅/石墨烯复合电极仍然存在许多关键问题，首先，随机混合的石墨烯和SiNP不可避免地含有大量的SiNPs聚集体，这会破坏硅/石墨烯复合材料的均匀性并导致进一步的容量损失，其次，SiNP的高表面积需要高活性聚合物粘合剂（10~25％），这显着降低了质量效率并增加了硅/石墨烯复合电极的成本。没有聚合物粘合剂，难以确保相邻硅颗粒（Si-Si）之间以及硅和石墨烯（Si-G）之间的良好界面，这对于电极的导电性和机械强度都是至关重要的，最后，由于没有缺陷的石墨烯片不允许离子或电解质通过，因此通常需要额外的孔隙度以允许足够的电解质渗透到硅/石墨烯复合电极中，这降低了电池的体积容量。

为了解决这些挑战，必须在制造之前或制造期间加入额外的处理步骤。如，在真空渗透或冷冻干燥过程中，硅或石墨烯的表面通常在其液体分散体中被改性以诱导自组装并进一步改善电极的均匀性，气溶胶工艺已被用于封装SiNPs以增强硅 - 石墨烯接触，vander Waals界面或硅和石墨烯之间引入的共价键被证明可有效的提高负极材料的整体性能，在石墨烯片上引入面内空位可提高电极的倍率性能，因为为离子的快速传输提供了路径，设计石墨烯 - 硅气凝胶的内部孔有助于内部电解质渗透，从而改善电极性能。虽然这些处理步骤可以解决硅/石墨烯电极制造中的部分挑战，但还没有一种处理方法可以制造出均匀，紧凑，机械强度高，具有良好接触的Si-G和Si-Si界面的硅/石墨烯复合电极。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种0D / 2D纳米层状结构Si-RGO复合材料的制备方法，利用本方法制造出的Si-RGO复合材料均匀，紧凑，机械强度高，能量密度高，同时该方法无粘结剂的加入，节约了成本。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种0D / 2D纳米层状结构Si-RGO复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、混合，将粒径在80~100nm范围内的1份Si NPs和5份PVP加入乙醇中，接着进行磁力搅拌得到Si NPs混合液；

步骤二、封端，将Si NPs混合液在70℃下静置12小时；