一种硅/石墨烯/碳纤维复合负极材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105762337A(43)申请公布日2016.07.13(21)申请号201610043742.1(22)申请日2016.01.22(71)申请人三峡大学地址443002湖北省宜昌市大学路8号(72)发明人陶华超熊凌云朱守超杨学林(74)专利代理机构宜昌市三峡专利事务所42103代理人蒋悦(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/587(2010.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种硅/石墨烯/碳纤维复合负极材料及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种硅/石墨烯/碳纤维锂离子电池复合负极材料及其制备方法，属于电化学和新能源材料领域。本发明首先制备出氧化石墨烯材料，将纳米硅粉与氧化石墨烯超声混合，将混合均匀后的悬浮液直接滴在普通定性滤纸上自然干燥，然后将滴有氧化石墨烯/硅的滤纸放入管式炉中，在保护气氛下煅烧，形成柔性的硅/石墨烯/碳纤维复合电极材料。石墨烯包裹纳米硅粉可避免硅粉与电解液直接接触，碳纤维为衬底可在材料内部形成三维导电网络提高材料导电性，同时避免活性材料在循环过程中与集流体脱离。该电极材料具有良好的力学柔韧性能，适合用于制作柔性电极，无任何添加剂，作为锂离子电池负极材料，表现出了较高的容量和良好的循环稳定性。CN105762337ACN105762337A权利要求书1/1页1.一种硅/石墨烯/碳纤维复合负极材料，其特征在于：它是由纳米硅粉、石墨烯、碳纤维构成的复合材料，纳米硅粉、石墨烯与碳纤维的质量占复合材料总质量的比例分别为10-30%，5-20%和50-80%之间。2.权利要求1所述的硅/石墨烯/碳纤维复合负极材料，其特征在于：纳米硅粉、石墨烯与碳纤维的质量占复合材料总质量的比例分别为20%，15%和65%。3.权利要求1所述的硅/石墨烯/碳纤维复合负极材料，其特征在于：所述的碳纤维为碳化后的滤纸。4.权利要求1所述的硅/石墨烯/碳纤维复合负极材料，其特征在于：所述的纳米硅粉的粒度为5-100纳米。5.如权利要求1-4任一项所述的硅/石墨烯/碳纤维复合负极材料的制备方法，其特征在于：制备步骤为，用氧化剂将石墨氧化成氧化石墨，将氧化石墨超声剥离成氧化石墨烯材料；将纳米硅粉与氧化石墨烯混合后超声、搅拌均匀混合，然后置于衬底上，干燥后放入管式炉中，在保护气氛下煅烧后形成柔性的硅/石墨烯/碳纤维复合电极材料。6.权利要求5所述的硅/石墨烯/碳纤维复合负极材料的制备方法，其特征在于：所述的衬底为普通定性滤纸。7.权利要求6所述的硅/石墨烯/碳纤维复合负极材料的制备方法，其特征在于：含有硅/石墨烯溶液的衬底在氮气气氛下煅烧，煅烧温度为500-1000℃，煅烧时间为1-10小时。8.权利要求7所述的硅/石墨烯/碳纤维复合负极材料的制备方法，其特征在于：含有硅/石墨烯溶液的衬底在氮气气氛下煅烧，煅烧温度为600℃，煅烧时间为4小时。9.权利要求8所述的硅/石墨烯/碳纤维复合负极材料的制备方法，其特征在于：所述的氧化剂为浓硫酸、硝酸钠、高锰酸钾、双氧水，其具体步骤是将浓硫酸冷却至0℃，然后加入石墨和硝酸钠，搅拌至均匀，逐渐连续的加入高锰酸钾，搅拌3小时，将温度升至35℃，继续搅拌0.5h，然后逐渐连续的加入去离子水，温度升至98℃，在此温度下反应15min，移至常温，加入10%的双氧水，搅拌1小时，然后加入1mol/L盐酸混合搅拌，所得产物用去离子水水清洗至中性，得到氧化石墨。2CN105762337A说明书1/4页一种硅/石墨烯/碳纤维复合负极材料及其制备方法技术领域[0001]本发明公开了一种硅/石墨烯/碳纤维复合负极材料及其制备方法，属于电化学和新能源材料领域。背景技术[0002]可弯曲折叠的柔性电子器件在最近几年的需求量强烈增加，而柔性锂离子电池是柔性电子器件的核心部件。传统的锂离子电池主要是将活性材料、导电剂、粘结剂混合涂覆在金属集流体上，经过烘干辊压而成。粘结剂的加入降低了电极材料的电子电导率，阻碍了锂离子在电极材料中扩散，增加了电极材料的极化。而导电剂几乎不贡献容量，所以导电剂和粘结剂的存在会降低电池的能量密度。传统的锂离子电池负极材料是以铜箔作为集流体，铜箔不仅不能给电极片提供容量，还占电极片大部分重量，铜箔质量是活性物质的几倍甚至更高，使用铜箔为集流体使电池的能量密度降低。另外，铜箔比较致密，内部无孔洞结构，对于充放电过程中体积效应大的电极材料，铜箔集流体不能有效缓解活性物质在循环过程中的体积效应，造成活性物质在循环过程粉化易于与铜箔集流体脱离。[0003]硅材料具有极高的理论容量