一种基于超临界流体辅助的多孔石墨烯硅负极材料的制备方法.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CN110085820A(43)申请公布日2019.08.02(21)申请号201910308545.1(22)申请日2019.04.17(71)申请人中国航发北京航空材料研究院地址100095北京市海淀区北京市81号信箱科技发展部(72)发明人齐新燕绍九陈翔王继贤王楠(74)专利代理机构中国航空专利中心11008代理人仉宇(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书1页说明书4页(54)发明名称一种基于超临界流体辅助的多孔石墨烯硅负极材料的制备方法(57)摘要本发明涉及一种基于超临界流体辅助的多孔石墨烯硅负极材料的制备方法，针对目前硅负极材料体积膨胀严重导致结构坍塌造成能量快速衰减的问题，本发明利用超临界流体的低黏度、高扩散性、零表面张力和易于调控的特点，将金属氧化物前驱体均匀负载于化学惰性的石墨烯表面，将金属氧化物-石墨烯复合材料包覆硅材料表面，再用酸溶液刻蚀掉金属氧化物，利用碳热反应原理得到多孔石墨烯硅负极材料。其中，高品质石墨烯的优良导电性和多孔结构有利于电子和锂离子的快速传输，调控加热处理时间和温度可得到多种孔洞石墨烯结构，可根据实际负极材料所需条件灵活调整，而刻蚀掉的金属氧化物留出缓冲空间，缓解硅材料体积膨胀造成的一系列负面影响。CN110085820ACN110085820A权利要求书1/1页1.一种基于超临界流体辅助的多孔石墨烯硅负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、以石墨烯和金属化合物为原料，将二者置于密闭压力容器中，压力容器中充有CO2气体，对高压容器进行加热并保持一定的压力条件，使得容器中的CO2气体变为超临界流体，加热的同时使得石墨烯、金属化合物以及超临界流体混合均匀，之后将压力容器降温至环境温度后(如室温)，排出CO2气体得到金属化合物-石墨烯复合材料；金属化合物-石墨烯复合材料为在石墨烯片表面附着有金属化合物；步骤2、将金属化合物-石墨烯复合材料进行加热处理得到金属氧化物-石墨烯复合材料；步骤3、将金属氧化物-石墨烯复合材料对硅材料进行包覆处理，得到金属氧化物-石墨烯-硅复合材料；步骤4、将金属氧化物-石墨烯-硅复合材料进行酸刻蚀处理，将金属氧化物刻蚀掉，得到多孔石墨烯-硅复合材料，所述多孔石墨烯-硅复合材料为锂离子电池负极材料。2.如权利要求1所述的一种基于超临界流体辅助的多孔石墨烯硅负极材料的制备方法，其特征在于：步骤1中加热处理的温度为30～200℃，压力保持在5～15MPa。。3.如权利要求1所述的一种基于超临界流体辅助的多孔石墨烯硅负极材料的制备方法，其特征在于：硅材料包括硅、氧化亚硅、碳化硅和氮化硅中至少一种。4.如权利要求2所述的一种基于超临界流体辅助的多孔石墨烯硅负极材料的制备方法，其特征在于：加热和混合均匀的处理时间为0.5～5小时。5.如权利要求1所述的一种基于超临界流体辅助的多孔石墨烯硅负极材料的制备方法，其特征在于：步骤4中所用的酸的浓度为0.1～1mol，刻蚀时间为0.5～12小时。6.如权利要求1所述的一种基于超临界流体辅助的多孔石墨烯硅负极材料的制备方法，其特征在于：步骤2中得到的金属氧化物-石墨烯复合材料中，金属氧化物在该复合材料中占到10～80％wt，金属氧化物-石墨烯复合材料中的金属氧化物粒径尺寸为10～100nm。7.如权利要求1所述的一种基于超临界流体辅助的多孔石墨烯硅负极材料的制备方法，其特征在于：步骤3中包覆处理的工艺步骤为：将硅材料与表面活性剂分散于溶剂中进行超声处理，得到硅分散液；再将金属氧化物-石墨烯复合材料分散于溶剂中进行超声处理，得到金属氧化物-石墨烯分散液；将硅分散液逐滴加入到剧烈搅拌的金属氧化物-石墨烯分散液中，抽滤得到金属氧化物-石墨烯-硅复合材料。8.如权利要求7所述的一种基于超临界流体辅助的多孔石墨烯硅负极材料的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚乙烯醇中的一种或至少两种的组合。9.如权利要求1所述的一种基于超临界流体辅助的多孔石墨烯硅负极材料的制备方法，其特征在于：步骤2中加热处理的温度为400～700℃。10.如权利要求9所述的一种基于超临界流体辅助的多孔石墨烯硅负极材料的制备方法，其特征在于：步骤2中加热处理时间为0.5～2小时。2CN110085820A说明书1/4页一种基于超临界流体辅助的多孔石墨烯硅负极材料的制备方法技术领域[0001]本发明属于锂离子电池负极材料领域，具体涉及一种基于超临界流体辅助的多孔石墨烯硅负极材料的制备方法，以及使用该负极材料的锂离子