[发明专利]一种壳-壳-核结构石墨烯-碳-SiO2

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，且公开了一种壳‑壳‑核结构石墨烯‑碳‑SiO₂锂离子电池负极材料，石墨烯纳米带的带状结构具有良好的结构稳定性和超高的比表面积，多孔纳米二氧化硅有着丰富的孔隙结构，为锂离子提供丰富的传输路径，以多孔纳米二氧化硅为核心、聚乙二醇、石墨烯纳米带为壳材料，经热处理得到壳‑壳‑核结构石墨烯‑碳‑SiO₂，聚乙二醇通过高温热裂解生成无定形碳对多孔纳米二氧化硅骨架结构起到支撑作用，提高负极材料结构的稳定性和完整性，壳‑壳‑核结构避免二氧化硅与电解质接触，构建三维导电网络，提高电子的传输速率，从而提高电极的导电性，使得电极具有优异的实际比容量、良好的循环稳定性、优异的倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体为一种壳-壳-核结构石墨烯-碳-SiO₂锂离子电池负极材料。

背景技术

随着科技的进步和社会的发展，便携式电子设备、电动汽车需求的日益增长，人们希望可以有效地增强电池的续航能力，这也就推动了锂离子电池向着容量更大、能量密度更高的方向发展，目前商业化锂离子电池的负极材料大多为石墨，但是，石墨的实际比容量已经很难再提升，无法满足人们对于容量更大、能量密度更高的锂离子电池日益增长的需求。

硅负极材料是替代商业化石墨负极最有前景的备选材料之一，单质硅的理论比容量远高于石墨，因此具有更高的工作电位，有利于延长锂离子电池的使用寿命，而且硅的储量丰富、对环境无害、不会产生污染，可以进行大规模的商业化运用，二氧化硅作为负极材料同样有着很高的理论比容量，其储量丰富、环保无毒、体积变化小，而且比硅更容易获得，但是二氧化硅负极材料结构的稳定性、完整性、导电性有待提高，为了解决上述问题，我们采用壳-壳-核结构石墨烯-碳-SiO₂的方法来解决。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种壳-壳-核结构石墨烯-碳-SiO₂锂离子电池负极材料，解决了SiO₂电极材料循环稳定性差、倍率性能不好的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种壳-壳-核结构石墨烯-碳-SiO₂锂离子电池负极材料，所述壳-壳-核结构石墨烯-碳-SiO₂锂离子电池负极材料制备方法如下：

(1)向烧杯中加入乙醇、氨水、十六烷基三甲基溴化铵，控制氨水的质量分数为4％，搅拌至澄清后加入正硅酸乙酯，搅拌均匀后，过滤、洗涤并干燥，将干燥得到的产物置于研钵中研磨均匀，再将研磨产物置于马弗炉中，在500-600℃下煅烧4-8h，得到多孔纳米二氧化硅；

(2)向烧杯中加入浓硫酸、多壁碳纳米管，充分搅拌后加入高锰酸钾，搅拌均匀，将装有混合液的烧杯置于水浴装置中，在50-60℃下热活化20-40min，再升温至65-75℃，稳定5-10min后停止加热，冷却后将混合物倒入冷藏处理的过氧化氢的水溶液，用聚四氟乙烯膜过滤，将得到的固体置于去离子水中，超声20-40min分散均匀，在透析袋中透析6-10天，再将混合液真空过滤并干燥，得到石墨烯纳米带；

(3)向烧杯中加入多孔纳米二氧化硅、聚乙二醇，将其置于水浴装置中，在60-100℃下超声分散均匀，搅拌48-72h后，向混合液中加入去离子水、石墨烯纳米带，在50-70℃下超声1-3h分散均匀，过滤并干燥，将得到的产物置于气氛管式炉中，进行热处理过程，得到壳-壳-核结构石墨烯-碳-SiO₂锂离子电池负极材料。

优选的，所述步骤(1)中十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸乙酯的质量比为40-60:100。