[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在审

专利信息
申请号: 201611045013.6 申请日: 2016-11-24
公开(公告)号: CN106299322A 公开(公告)日: 2017-01-04
发明(设计)人: 叶澄 申请(专利权)人: 杭州启澄科技有限公司
主分类号: H01M4/36 分类号: H01M4/36;H01M10/0525;H01M4/583
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 310012 浙江省杭州*** 国省代码: 浙江;33
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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。
搜索关键词: 一种 容量 锂离子电池 电极 复合 纳米 材料 及其 制备 方法
【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。
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