[发明专利]一种高容量锂离子电池电极用复合纳米材料及其制备方法

摘要

一种高容量锂离子电池电极用复合纳米材料及其制备方法，所述复合纳米材料由多孔硅、石墨烯纳米片和无定形碳组成，其中，所述多孔硅基体占20～80wt%，石墨烯纳米片占10～40wt%，无定形碳占10～50wt%，所述多孔硅基体总孔容为0.5～2.5cm3/g，比表面积为50～320m2/g，其孔道呈双峰孔分布，孔径为2～15nm的小孔占总孔容的30～50%，5～30nm的大孔占总孔容的50～70%；石墨烯纳米片的厚度为2～6nm，无定形碳粒径为5～20nm纳米，石墨烯纳米片和无定形碳直接生长在多孔硅表面；其优点在于所述多孔硅呈双峰孔结构分布，有利于吸收硅在嵌锂过程中发生的体积膨胀，保持循环稳定性，充放电实验显示，其首次可逆容量为3230～3370mAh/g，100次循环后可逆容量为1610～1720mAh/g。

主权项

一种高容量锂离子电池电极用复合纳米材料的制备方法，其特征在于，所述复合纳米材料由多孔硅、石墨烯纳米片和无定形碳组成，所述方法包括如下步骤：多孔硅基体的制备：将乙醇与有机硅按摩尔比为(5～30）:1在室温下混合均匀，在搅拌状态下滴加无机酸水溶液，无机酸与有机硅的摩尔比为(0.05～5)：1，滴加完毕后恒温反应得混合液A，所述反应温度为30～80℃，反应时间0.5～3小时；按硅酸盐与有机硅的摩尔比为(1～10):1称取硅酸盐，并配制成硅酸盐水溶液，在搅拌状态下往硅酸盐水溶液中滴加无机碱水溶液，无机碱与硅酸盐的摩尔比为(0.05～5)：1，滴加完毕后恒温30～80℃反应0.5～3小时得混合液B；然后分别将混合液A和混合液B老化12～24小时后产物进行离心、洗涤得硅前躯体物A和B，之后将多孔硅前躯体A和B在80～100℃下烘干；最后，将硅前躯体物A和B以1:1～2的重量比混合均匀，加入胶溶剂成型，成型物经过80℃～150℃干燥，并经过锻烧即得到最终的多孔硅基体；复合纳米材料的制备：将碳源和二茂铁溶解在30～60mL的无水乙醇/水的混合溶剂中，形成均一稳定的溶液，然后加入氧化石墨纳米片和步骤（1）得到的多孔硅基体，所述多孔硅基体和碳源质量比3～6：1，氧化石墨纳米片和碳源质量比1～2：1，之后室温下超声处理1～2h，然后将混合物转移到带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，110～120℃下水热反应8～12h，反应结束后，将产物进行离心分离、洗涤，80～100℃下烘干，最后在450～550℃下氮气气氛中焙烧3～5h，即得所述复合纳米材料；其中，所述多孔硅基体占20～80wt%，石墨烯纳米片占10～40wt%，无定形碳占10～50wt%，所述多孔硅基体总孔容为0.5～2.5cm3/g，比表面积为50～320m2/g，其孔道呈双峰孔分布，孔径为2～15nm的小孔占总孔容的30～50%，5～30nm的大孔占总孔容的50～70%；石墨烯纳米片的厚度为2～6nm，无定形碳粒径为5～20nm纳米，石墨烯纳米片和无定形碳直接生长在多孔硅表面；所述复合纳米材料作为锂离子电池负极材料使用时，充放电实验显示，其首次可逆容量为3230～3370mAh/g，100次循环后可逆容量为1610～1720mAh/g。