本发明专利技术公开了一种多层结构电池负极材料的制备方法，该方法将硬碳与石墨烯进行复合，在一定程度上降低了石墨烯的比表面。结构上选用了一种表面粗糙镀铜铝箔，该镀铜铝箔具有比表面积大的优点，较大的比表面积和凹凸结构能很好的缓冲锡在充放电过程中的体积膨胀，同时这种结构还起到很好的骨架作用，极大的缓冲充放电过程中体积膨胀收缩的应力，从而提高了铝/铜/锡/石墨多层结构负极材料的循环性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种多层结构电池负极材料的制备方法。
技术介绍
近年来，石墨烯由于环境友好、电化学性能稳定，作为负极材料在商业化锂离子电池中得到广泛的应用。
单一的石墨烯材料用作电极材料，受到诸多因素的限制，如石墨烯比表面过大（理论值2630m2/g），片层之间容易团聚，大大提高了不可逆容量损失（较低的首次库仑效率（<73%））并降低了其作为电极材料电导率，从而给电极制片工艺方面带来不良影响。特别是，单一的石墨烯电极材料在大倍率充放电时，容量衰减太快。
核/壳纳米结构如金属氧化物/碳、导电聚合物/碳、金属氧化物/金属氮化物等复合材料已被广泛用于研究。核/壳材料复合是指单层或多层的有机或无机材料包覆在有机或无机核颗粒的周围，这是提高该核颗粒的稳定性和表面化学性能的有效方式，而且可以达到不可能从一种材料上获得的独一无二的物理化学特性。
技术实现思路
本专利技术提供一种多层结构电池负极材料的制备方法，使用该方法制备的负极材料，具有高导电、高倍率性能以及长循环性能，且能适度降低成本。
为了实现上述目的，本专利技术提供一种多层结构电池负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）制备石墨烯复合材料
将茶叶渣进行干燥，粉碎和过筛得固态物质，将质量比为1:0.2-0.5的硅粉与上述固态物质，加入溶剂球磨2-10h，筛分出100目的浆料；
将浆料在进风温度200-350℃，出风温度90-180℃，转速10-50rpm喷雾干燥；筛分出过300目的硅/碳前驱物，以5/min速率升温至400-1000℃，保温4-12h热解，再以5℃/min速率降温至300℃，随炉冷却至室温，得到硅/碳复合物；
将氧化石墨烯分散在硫酸溶液中，向所述溶液中加入上述硅/碳复合物固态物质，并持续搅拌，充分混合后干燥后，将制得的混合物研磨后置于流动的保护气体中加热进行高温热还原和碳化反应，加热温度为250-950oC，反应时间为0.2-20小时，最后在流动的保护气体中降至室温即可获得石墨烯复合材料；
（2）对铝箔进行预处理：在铝箔表面依次进行化学除油、酸蚀、一次沉锌、退锌，二次沉锌和水洗，所述的铝箔的厚度为15-20μm；
在预处理后的铝箔一侧表面电镀一层铜镀层并活化，铜镀层采用脉冲电镀方式电镀，其表面粗糙度为0.4-3.0μm，厚度为2-8μm；
活化后的铜镀层上电镀一层锡镀层；
在所述锡镀层上涂覆一层上获得的石墨烯复合材料，石墨烯复合材料层的厚度为80-150μm；
(3)热处理：温度为80-100℃，热处理时间为12-20小时。
优选的，所述的锡镀层的厚度为0.1-1.0μm，电镀锡镀层采用脉冲喷射电镀的镀锡配方和工艺参数如下：
脉冲喷射电镀工艺参数：电流密度：5-15A/dm2；
pH值：3-4；
温度：45-55℃；
时间：5-20s。
优选的，所述的茶叶渣为红茶、黑茶、乌龙茶和普洱茶叶渣中的一种；所述的氧化石墨烯采用改进的Hummers法制得，所述的茶叶渣的添加量为氧化石墨烯质量的1-5倍。
所述硅粉为平均粒径1.5μm的微米级硅粉。
所述溶剂为去离子水或无水乙醇。
本专利技术的茶叶渣在高温下碳化可以转化为氮掺杂的硬碳，将硬碳与石墨烯进行复合，在一定程度上降低了石墨烯的比表面。结构上选用了一种表面粗糙镀铜铝箔，该镀铜铝箔具有比表面积大的优点，较大的比表面积和凹凸结构能很好的缓冲锡在充放电过程中的体积膨胀，同时这种结构还起到很好的骨架作用，极大的缓冲充放电过程中体积膨胀收缩的应力，从而提高了铝/铜/锡/石墨多层结构负极材料的循环性能。负极材料首次充放电效率为71%，以400mA/g放电，循环360周，容量保持率为75%，以600mA/g放电，循环480周，容量保持率为85%。该专利技术方法工艺简单，易控制，适合规模化生产。
具体实施方式
实施例一将茶叶渣进行干燥，粉碎和过筛得固态物质，将质量比为1:0.2的硅粉与上述固态物质，加入溶剂球磨2h，筛分出100目的浆料；所述硅粉为平均粒径1.5μm的微米级硅粉。所述溶剂为去离子水。
将浆料在进风温度200℃，出风温度90℃，转速10rpm喷雾干燥；筛分出过300目的硅/碳前驱物，以5/min速率升温至400℃，保温4h热解，再以5℃/min速率降温至300℃，随炉冷却至室温，得到硅/碳复合物。
氧化石墨烯分散在硫酸溶液中，向所述溶液中加入上述硅/碳复合物固态物质，并持续搅拌，充分混合后干燥后，将制得的混合物研磨后置于流动的保护气体中加热进行高温热还原和碳化反应，所述的高温热还原是在管式炉中通入流动保护气体加热，或者直接在箱式电阻炉或马弗炉中加热。加热温度为250oC，反应时间为0.2小时，最后在流动的保护气体中降至室温即可获得石墨烯复合材料。
所述的茶叶渣为红茶、黑茶、乌龙茶和普洱茶叶渣中的一种；所述的氧化石墨烯采用改进的Hummers法制得，所述的茶叶渣的添加量为氧化石墨烯质量的1倍。
对铝箔进行预处理：在铝箔表面依次进行化学除油、酸蚀、一次沉锌、退锌，二次沉锌和水洗，所述的铝箔的厚度为15μm；
在预处理后的铝箔一侧表面电镀一层铜镀层并活化，铜镀层采用脉冲电镀方式电镀，其表面粗糙度为0.4μm，厚度为2μm；
活化后的铜镀层上电镀一层锡镀层；
在所述锡镀层上涂覆一层上获得的石墨烯复合材料，石墨烯复合材料层的厚度为80μm。
所述的锡镀层的厚度为0.1μm，电镀锡镀层采用脉冲喷射电镀的镀锡配方和工艺参数如下：
脉冲喷射电镀工艺参数：电流密度：5A/dm2；
pH值：3-4；
温度：45℃；
时间：5s。
进行热处理，热处理温度为80℃，热处理时间为12小时。
实施例二将茶叶渣进行干燥，粉碎和过筛得固态物质，将质量比为1:0.5的硅粉与上述固态物质，加入溶剂球磨10h，筛分出100目的浆料；所述硅粉为平均粒径1.5μm的微米级硅粉。所述溶剂为去离子水或无水乙醇。
将浆料在进风温度350℃，出风温度180℃，转速50rpm喷雾干燥；筛分出过300目的硅/碳前驱物，以5/min速率升温至1000℃，保温12h热解，再以5℃/min速率降温至300℃，随炉冷却至室温，得到硅/碳复合物；
氧化石墨烯分散在硫酸溶液中，向所述溶液中加入上述硅/碳复合物固态物质，并持续搅拌，充分混合后干燥后，将制得的混合物研磨后置于流动的保护气体中加热进行高温热还原和碳化反应，所述的高温热还原是在管式炉中通入流动保护气体加热，或者直接在箱式电阻炉或马弗炉中加热。加热温度为950oC，反应时间为20小时，最后在流动的保护气体中降至室温即可获得石墨烯复合材料。
所述的茶叶渣为红茶、黑茶、乌龙茶和普洱茶叶渣中的一种；所述的氧化石墨烯采用改进的Hummers法制得，所述的茶叶渣的添加量为氧化石墨烯质量的5倍
对铝箔进行预处理：在铝箔表面依次进行化学除油、酸蚀、一次沉锌、退锌，二次沉锌和水洗，所述的铝箔的厚度为20μm；
在预处理后的铝箔一侧表面电镀一层铜镀层并活化，铜镀层采用脉冲电镀方式电镀，其表面粗糙度为3.0μm，厚度为8μm；
活化后的铜镀层上电镀一层锡镀层；
在所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多层结构电池负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：（1）制备石墨烯复合材料将茶叶渣进行干燥，粉碎和过筛得固态物质，将质量比为1:0.2‑0.5的硅粉与上述固态物质，加入溶剂球磨2‑10h，筛分出100目的浆料；将浆料在进风温度200‑350℃，出风温度90‑180℃，转速10‑50rpm喷雾干燥；筛分出过300目的硅/碳前驱物，以5/min速率升温至400‑1000℃，保温4‑12h热解，再以5℃/min速率降温至300℃，随炉冷却至室温，得到硅/碳复合物；将氧化石墨烯分散在硫酸溶液中，向所述溶液中加入上述硅/碳复合物固态物质，并持续搅拌，充分混合后干燥后，将制得的混合物研磨后置于流动的保护气体中加热进行高温热还原和碳化反应，加热温度为250‑950 ºC，反应时间为0.2‑20小时，最后在流动的保护气体中降至室温即可获得石墨烯复合材料；（2）对铝箔进行预处理：在铝箔表面依次进行化学除油、酸蚀、一次沉锌、退锌，二次沉锌和水洗，所述的铝箔的厚度为15‑20μm；在预处理后的铝箔一侧表面电镀一层铜镀层并活化，铜镀层采用脉冲电镀方式电镀，其表面粗糙度为0.4‑3.0μm，厚度为2‑8μm； 活化后的铜镀层上电镀一层锡镀层；在所述锡镀层上涂覆一层上获得的石墨烯复合材料，石墨烯复合材料层的厚度为80‑150μm； (3)热处理：温度为80‑100℃，热处理时间为12‑20小时。...
【技术特征摘要】
1.一种多层结构电池负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）制备石墨烯复合材料
将茶叶渣进行干燥，粉碎和过筛得固态物质，将质量比为1:0.2-0.5的硅粉与上述固态物质，加入溶剂球磨2-10h，筛分出100目的浆料；
将浆料在进风温度200-350℃，出风温度90-180℃，转速10-50rpm喷雾干燥；筛分出过300目的硅/碳前驱物，以5/min速率升温至400-1000℃，保温4-12h热解，再以5℃/min速率降温至300℃，随炉冷却至室温，得到硅/碳复合物；
将氧化石墨烯分散在硫酸溶液中，向所述溶液中加入上述硅/碳复合物固态物质，并持续搅拌，充分混合后干燥后，将制得的混合物研磨后置于流动的保护气体中加热进行高温热还原和碳化反应，加热温度为250-950oC，反应时间为0.2-20小时，最后在流动的保护气体中降至室温即可获得石墨烯复合材料；
（2）对铝箔进行预处理：在铝箔表面依次进行化学除油、酸蚀、一次沉锌、退锌，二次沉锌和水洗，所述的铝箔的厚度为15-20μm；
在预处理后的铝箔一侧表面电镀...
【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：苏州思创源博电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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