特高容量单质硅纳米线团/石墨烯电池负极材料制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，涉及特高容量单质硅纳米线团/石墨烯电池负极材料制备方法，包括如下方法之一：(1)将棉絮状单质硅纳米线团加入到盛有去离子水或/和乙醇溶液的容器中，再加入硝酸银溶液或/和硫酸铜溶液，进行超声或乳化分散均匀、干燥、球磨以均匀分散混合，得到含银离子或铜离子的棉絮状单质硅纳米线团颗粒；(2)将棉絮状单质硅纳米线团颗粒，加入三氧化二硼粉末，棉絮状单质硅纳米线团与三氧化二硼粉末的重量比为100：(5～0.1)，球磨混合，得到均匀混合干燥的含三氧化二硼的棉絮状单质硅纳米线团颗粒，优点是：放电比容量为500mAh/g～3420mAh/g，保持率在90％以上，适用于特种高容量储蓄电池的负极材料。

【技术实现步骤摘要】
特高容量单质硅纳米线团/石墨烯电池负极材料制备方法
本专利技术属于锂离子电池
，特指一种特高容量单质硅纳米线团/石墨烯电池负极材料制备方法。
技术介绍
以锂离子电池为主要表现形式的电化学储能，由于其环境友好，循环寿命长，自放电小，能量密度相对其它类电池高的特点，受到了极大的青睐，我国大力扶持发展新一代新能源动力电池汽车，国家曾计划为补贴新能源汽车费用3950亿人民币。但至今日，新能源动力电池容量比相对较小，续航里程一直困扰着新能源动力电池汽车的发展，已成为瓶颈，我国政府提出到2020年必须实现350wh/kg目标，减少补贴，使企业争取自身技术的提升，进入正常的市场竞争发展格局，优胜劣汰，在此背景下，发展一种特高容量锂离子电池负极材料迫在眉睫。目前全球常规的锂离子电池负极材料由石墨化负极材料为主，其石墨负极理论容量为372mAh/g，一氧化硅(氧化亚硅)其理论用量是1720mAh/g，一氧化硅严重存在首次库伦效率低下的特性，而纯单质硅其储能理论用量为4200mAh/g，是目前石墨化负极的十倍之多，是一氧化硅的2.5倍之多。同时纯硅的首次库伦效率也接近石墨化负极材料，理论为95％效率，但硅材料因其在锂离子电池充放电过程中，膨胀系数高达300％以上，极其容易造成粉化，导致电极结构破坏，造成循环性能急速下降。近年来全球科学工作者将硅纳米化，形貌结构上加大研发力度，来解决硅材料在锂离子电池负极材料应用中造成体积膨胀变化，造成粉化、电池容量衰减剧烈的问题，但硅材料纳米化的制备及纳米化(100nm以下)的分散问题一直抑制着发展。(目前单质硅纳米(100nm以下)国内国际行情以克为单位计价3～12元/g)本人专利技术的专利公开号CN104922964A，CN104325149A，CN206635042U，CN205462507U(多维球磨)，CN104325149A，现已由台州市金博超导纳米科技有限公司实施批量工业化制备，实现单机每小时可生产4000克～5000克，原材料的利用率达97％～98％，大幅降低了制造成本，既具备硅纳米化的功能材料，又解决了硅纳米不易分散及亚微米颗粒三维空间结构形成亚微米的颗粒(0.5～3μm)极易分散。解决了单质硅纳米化(100nm以下)不易分散的技术瓶颈问题，同比参看CN105271237A(兵器科学院宁波研究院)，CN105118996A(中南大学)。同本专利技术相关的现有技术，参见中国专利CN106058207A(中国科技大学)、CN201510557635A(中南大学)、CN106252622A(贝特瑞公司)、CN104466185A(中国科学院深圳先进技术研究院)、CN104362311A(清华大学深圳研究院)、CN102509781A(上海交通大学)、CN103545493A(中南大学)、CN10331522A(中国科学院过程工程研究院)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种特高容量单质硅纳米线团/石墨烯电池负极材料的制备方法。本专利技术的目的是这样实现的：特高容量单质硅纳米线团/石墨烯电池负极材料制备方法，包括如下方法之一：(1)将线径为20nm～100nm范围占比65％以上，颗粒尺寸为0.5μm～3μm范围占比65％以上的棉絮状单质硅纳米线团加入到盛有去离子水或/和乙醇溶液的容器中，再将浓度为0.01～2mol/L的硝酸银溶液或/和硫酸铜溶液加入所述的容器中，进行超声或乳化分散均匀，分散时间15分钟～150分钟，再进行了高速离心干燥或/和高速蒸发干燥或喷雾干燥，进行干法球磨或高效多维球磨以均匀分散混合，得到干燥、混合均匀的含银离子或铜离子的棉絮状单质硅纳米线团颗粒；(2)将线径为20nm～100nm范围占比65％以上，颗粒尺寸为0.5μm～3μm范围占比65％以上的棉絮状单质硅纳米线团颗粒，加入超细的三氧化二硼粉末的颗粒尺寸为0.3μm～30μm，棉絮状单质硅纳米线团与三氧化二硼粉末的重量比为100：(5～0.1)，进行干法球磨或高效多维球磨以均匀分散混合，得到均匀混合干燥的含三氧化二硼的棉絮状单质硅纳米线团颗粒。将方法(1)得到的干燥的棉絮状单质硅纳米线团颗粒，加入到氧化石墨烯溶液中，进行均匀乳化分散，氧化石墨烯浓度为2％～0.1％，棉絮状单质硅纳米线团颗粒与氧化石墨烯溶液的质量比为(35～3)：100，乳化分散时间为30分钟～300分钟，分散结束后，采用喷雾干燥或高温蒸发干燥，得到氧化石墨烯包覆于棉絮状单质硅纳米硅内外表面的干燥的颗粒粉末。将方法(2)中得到的含三氧化二硼的棉絮状单质硅纳米线团颗粒，放入密闭的高温炉内，在惰性气体氩气或氮气的保护条件下进行煅烧，使三氧化二硼的硼元素惨入硅原子中，增加棉絮状单质硅纳米线团的导电性，煅烧温度为800℃～1200℃。煅烧时间为1～12小时，然后降温至590～610℃，采用真空抽吸储存到储料桶中，或采用自然降温冷却至常温，进一步采用干法球磨或高效多维球磨，得到含硼元素的棉絮状单质硅纳米线团颗粒。将所述的含硼元素的棉絮状单质硅纳米线团颗粒加入到氧化石墨烯溶液中，进行均匀乳化分散，氧化石墨烯浓度为2％～0.1％，含硼元素的棉絮状单质硅纳米线团颗粒与氧化石墨烯溶液的质量比为(35～3)：100，乳化分散时间为30分钟～300分钟，分散结束后，采用喷雾干燥或高温蒸发干燥，得到氧化石墨烯包覆于棉絮状单质硅纳米硅三维空间结构的内外表面干燥的颗粒粉末。将所述得到的颗粒粉末放入密闭的中温炉内，在惰性气体氩气和氢气混合气体条件下，升温至300℃～600℃，恒温2～24小时，对氧化石墨烯进行还原，形成三维空间结构的棉絮状单质硅纳米线团的内外表面包覆有石墨烯，采用自然降温或真空抽吸到储料桶中，得到特高容量的锂离子电池负极材料，氩气与氢气的质量比为30：(1～15)。上述得到的特高容量的锂离子电池负极材料与现有的常规石墨负极材料混合使用，所述的常规石墨负极材料为人造石墨化负极材料或天然石墨负极材料，特高容量的锂离子电池负极材料与常规石墨负极材料的混合比为(5％～90％)：(95％～10％)，按扣式电池计，在0.2C倍率的电流密度下，放电比容量为500mAh/g～3420mAh/g，充电比容量为422mAh/g～2930mAh/g，首次库伦效率为92.5％～86％，循环性能500周后，保持率在90％以上。单独用得到的特高容量的锂离子电池负极材料为锂离子负极材料，按扣式电池计，在0.2C倍率的电流密度下，测得放电比容量为3600mAh/g，充电比容量与3060mAh/g，首次库伦效率为85％以上。方法(2)中所述的超细的三氧化二硼粉末的颗粒尺寸为0.3μm～3μm。本专利技术的材料应用于锂离子电池负极材料，不但马上解决了我国政府2020年实现电池容量350wh/kg的目标，同时也解决了日后发展大载量货车、军备战车、特种高容量储蓄电池的负极材料所需的材料技术瓶颈问题。具体实施方式下面以具体实施例对本专利技术作进一步描述：特高容量单质硅纳米线团/石墨烯电池负极材料制备方法，包括如下方法之一：(1)将线径为20nm～100nm范围占比65％以上，颗粒尺寸为0.5μm～3μm范围占比65％以上的棉絮状单质硅纳米线团加入到盛有去离子水或/和乙醇溶液的容器中，再将浓度为0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
特高容量单质硅纳米线团/石墨烯电池负极材料制备方法，其特征在于：包括如下方法之一：(1)将线径为20nm～100nm范围占比65％以上，颗粒尺寸为0.5μm～3μm范围占比65％以上的棉絮状单质硅纳米线团加入到盛有去离子水或/和乙醇溶液的容器中，再将浓度为0.01～2mol/L的硝酸银溶液或/和硫酸铜溶液加入所述的容器中，进行超声或乳化分散均匀，分散时间15分钟～150分钟，再进行了高速离心干燥或/和高速蒸发干燥或喷雾干燥，进行干法球磨或高效多维球磨以均匀分散混合，得到干燥、混合均匀的含银离子或铜离子的棉絮状单质硅纳米线团颗粒；(2)将线径为20nm～100nm范围占比65％以上，颗粒尺寸为0.5μm～3μm范围占比65％以上的棉絮状单质硅纳米线团颗粒，加入超细的三氧化二硼粉末的颗粒尺寸为0.3μm～30μm，棉絮状单质硅纳米线团与三氧化二硼粉末的重量比为100：(5～0.1)，进行干法球磨或高效多维球磨以均匀分散混合，得到均匀混合干燥的含三氧化二硼的棉絮状单质硅纳米线团颗粒。

【技术特征摘要】
1.特高容量单质硅纳米线团/石墨烯电池负极材料制备方法，其特征在于：包括如下方法之一：(1)将线径为20nm～100nm范围占比65％以上，颗粒尺寸为0.5μm～3μm范围占比65％以上的棉絮状单质硅纳米线团加入到盛有去离子水或/和乙醇溶液的容器中，再将浓度为0.01～2mol/L的硝酸银溶液或/和硫酸铜溶液加入所述的容器中，进行超声或乳化分散均匀，分散时间15分钟～150分钟，再进行了高速离心干燥或/和高速蒸发干燥或喷雾干燥，进行干法球磨或高效多维球磨以均匀分散混合，得到干燥、混合均匀的含银离子或铜离子的棉絮状单质硅纳米线团颗粒；(2)将线径为20nm～100nm范围占比65％以上，颗粒尺寸为0.5μm～3μm范围占比65％以上的棉絮状单质硅纳米线团颗粒，加入超细的三氧化二硼粉末的颗粒尺寸为0.3μm～30μm，棉絮状单质硅纳米线团与三氧化二硼粉末的重量比为100：(5～0.1)，进行干法球磨或高效多维球磨以均匀分散混合，得到均匀混合干燥的含三氧化二硼的棉絮状单质硅纳米线团颗粒。2.根据权利要求1所述的特高容量单质硅纳米线团/石墨烯电池负极材料制备方法，其特征在于：将方法(1)得到的干燥的棉絮状单质硅纳米线团颗粒，加入到氧化石墨烯溶液中，进行均匀乳化分散，氧化石墨烯浓度为2％～0.1％，棉絮状单质硅纳米线团颗粒与氧化石墨烯溶液的质量比为(35～3)：100，乳化分散时间为30分钟～300分钟，分散结束后，采用喷雾干燥或高温蒸发干燥，得到氧化石墨烯包覆于棉絮状单质硅纳米硅内外表面的干燥的颗粒粉末。3.根据权利要求1所述的特高容量单质硅纳米线团/石墨烯电池负极材料制备方法，其特征在于：将方法(2)中得到的含三氧化二硼的棉絮状单质硅纳米线团颗粒，放入密闭的高温炉内，在惰性气体氩气或氮气的保护条件下进行煅烧，使三氧化二硼的硼元素惨入硅原子中，增加棉絮状单质硅纳米线团的导电性，煅烧温度为800℃～1200℃。煅烧时间为1～12小时，然后降温至590～610℃，采用真空抽吸储存到储料桶中，或采用自然降温冷却至常温，进一步采用干法球磨或高效多维球磨，得到含硼元素的棉絮状单质硅纳米线团颗粒。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：江永斌，
类型：发明
国别省市：浙江,33