本发明专利技术属于新材料领域技术，涉及一种硅氧@碳@石墨烯（SiOx@C@G）负极复合材料及其制备方法。该方法具有操作简单，成本低，能提高锂电池理论容量和充放电效率，且温度适用范围较宽。本发明专利技术制备方法如下：1）取0.5g石墨烯、11.5ml浓硫酸和0.25g硝酸钠在烧杯中5°C以下搅拌30min，将1.5g高锰酸钾分三次，每隔十分钟加入杯中。分别在5°C以下保温2h，在35°C保温3h，在100°C保温1h。多次离心过滤，冷冻干燥获得氧化石墨烯。2）取0.2gSiOx溶解于去离子水和乙醇的混合溶液中（体积比10:1），超声分散后加入一定量的聚乙二醇，充分搅拌后加入0.1g氧化石墨烯，并在水热反应釜中180°C下保温24h。最后离心洗涤，冷冻干燥，并在氮气气氛下700°C煅烧2h。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池负极材料领域，尤其涉及一种硅氧@碳@石墨烯（siox@c@g）负极复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、硅是地壳中第二丰富的元素，对环境友好，具有超高的理论容量（4200 mah/g），因此在锂电池负极材料上，硅具有取代石墨的发展趋势。然而，在锂嵌入/脱出过程中，硅负极材料会发生体积的剧烈变化，导致电池循环稳定性非常差。相比于硅单质，硅氧化物材料在嵌锂、脱锂过程中的体积变化较小，同时具有较高的理论比容量（＞2000mah/g），目前实践中氧化亚硅成品的容量为1500-1650mah/g，其且制备成本低廉，使其成长为一种极具潜力的负极材料。
2、但单纯的氧化亚硅或者二氧化硅材料在嵌锂的过程中会生成li2o和li4sio4等非活性产物，导致部分li失去活性，致使首次充放电效率较低（＜70%），严重影响其实际应用。发生这种现象的重要原因是氧化亚硅或二氧化硅中的氧极易与li反应，所以降低氧化亚硅或二氧化硅材料中氧的比例，是目前极具研究价值和经济价值的领域。
3、目前降低氧化亚硅或二氧化硅材料中氧的比例的研究主要围绕预锂化和气相沉积硅的方式进行，其中预锂化路线是先以锂与氧化亚硅反应，消耗其中的氧，达到提高首效的目的，但其容量会明显下降，同时还会带来诸多副作用，比如ph过高，最终产物具备强碱性、反应过程中的污染物过多，对环境造成极大的污染等，而且原材料锂源活泼，风险较高，不易保存。气相沉积硅的路线能够提升容量和首效，较预锂有较高的提升，但其沉积设备投入较大，沉积硅粒径均匀性较差。
技术实现思路
1、本专利技术属于新材料领域技术，涉及一种硅氧@碳@石墨烯负极复合材料及其制备方法。该方法具有操作简单，成本低，能够有效提高锂离子电池理论容量和充放电效率，增强使用寿命等诸多优点。同时，硅氧@碳@石墨烯负极复合材料还具有温度适用范围较宽等优点。本专利技术制备方法包括如下步骤：
2、1）制备氧化石墨烯
3、取0.5g石墨烯、11.5ml浓硫酸和0.25g硝酸钠加入到烧杯中，在5℃以下搅拌30min，在此期间将1.5g高锰酸钾分三次，每隔十分钟加入到烧杯中。最后保持5℃以下的低温反应2h。完成低温反应。
4、将体系温度升高到35℃，保温3h。完成中温反应。
5、最后将体系温度升高至100℃，并加入23ml去离子水，保温1h。完成高温反应。
6、反应完成后加入35ml去离子水和5ml双氧水去除未反应的mn离子。接着多次离心过滤，直至溶液呈中性，最后冷冻干燥获得氧化石墨烯。
7、2.制备siox@c@g材料
8、取0.2gsiox 溶解于去离子水和乙醇的混合溶液中（体积比10:1），超声分散成均匀混合溶液，然后加入一定量的聚乙二醇，充分搅拌使siox和聚乙二醇初步链接，最后加入0.1g氧化石墨烯充分搅拌混合后快速转移至水热反应釜中。将反应釜置于180℃中反应24小时。反应结束后用去离子水多次进行离心洗涤，对洗涤产物进行冻干。
9、将冻干后的产物放置在氮气气氛下700℃煅烧2h，让聚乙二醇分解成无定形碳与还原氧化石墨烯共同包覆在siox表面。
10、本专利技术方法制备的硅氧@碳@石墨烯负极复合材料可以用于锂离子电池领域，使锂离子电池可以在较宽的温度范围内有较广的应用范围。
11、本专利技术一种硅氧@碳@石墨烯负极复合材料及其制备方法与现有技术相比较的如下有益效果：本专利技术制备氧化石墨烯材料的方法与传统制备方法相比，设备投入资金少，工艺操作流程简单，易于掌握；本专利技术利用聚乙二醇中的氨基官能团与氧化石墨烯中的含氧官能团（羟基、羧基）形成连接，乙烯基官能团则可以与siox表面的h原子形成连接，这样聚乙二醇就可以作为siox与氧化石墨烯之间连接的桥梁，在水热中通过自组装形成siox-聚乙二醇-氧化石墨烯复合材料，这样在后面碳化过程中又能紧紧包覆在siox表面。
12、本专利技术利用siox能稳定吸附在氧化石墨烯被还原后所形成的大量缺陷中的特性，使材料更加稳定，并且还原氧化石墨烯有着与石墨烯一样高的电导率，可以提高材料的倍率放电性能。
13、本项专利技术能够进一步拓展锂离子电池的应用领域。
14、下面结合实施例对本专利技术一种硅氧@碳@石墨烯负极复合材料及其制备方法进一步描述。
15、本专利技术一种硅氧@碳@石墨烯负极复合材料及其制备方法包括如下步骤：
16、1）氧化石墨烯的制备
17、取0.5g石墨烯、11.5ml浓硫酸和0.25g硝酸钠加入到烧杯中，在5℃以下搅拌30min，在此期间将1.5g高锰酸钾分三次，每隔十分钟加入到烧杯中。最后保持5℃以下的低温反应2h。完成低温反应。
18、将体系温度升高到35℃，保温3h。完成中温反应。
19、最后将体系温度升高至100℃，并加入23ml去离子水，保温1h。完成高温反应。
20、反应完成后加入35ml去离子水和5ml双氧水去除未反应的mn离子。接着多次离心过滤，直至溶液呈中性，最后冷冻干燥获得氧化石墨烯。
21、2）硅氧@碳@石墨烯（siox@c@g）复合负极材料的制备
22、取0.2gsiox 溶解于去离子水和乙醇的混合溶液中（体积比10:1），超声分散成均匀混合溶液，然后加入一定量的聚乙二醇，充分搅拌使siox和聚乙二醇初步链接，最后加入0.1g氧化石墨烯充分搅拌混合后快速转移至水热反应釜中。将反应釜置于180℃中反应24小时。反应结束后用去离子水多次进行离心洗涤，对洗涤产物进行冻干。
23、将冻干后的产物放置在氮气气氛下700℃煅烧2h，让聚乙二醇分解成无定形碳与还原氧化石墨烯共同包覆在siox表面。
24、实施实例：
25、将0.5g石墨烯、11.5ml浓硫酸和0.25g硝酸钠加入到烧杯中，在5℃以下搅拌30min，边搅拌边将1.5g高锰酸钾分三次加入到烧杯中，后让其依次在5℃反应2h、35℃反应3h和100℃反应1h。
26、反应完成后加入35ml去离子水和5ml双氧水去除未反应的mn离子。接着多次离心过滤，直至溶液呈中性，最后冷冻干燥获得氧化石墨烯。
27、将0.2gsiox 溶解于去离子水和乙醇的混合溶液中（体积比10:1），超声分散成均匀混合溶液，然后加入一定量的聚乙二醇，充分搅拌使siox和聚乙二醇初步链接，最后加入0.1g氧化石墨烯充分搅拌混合后快速转移至水热反应釜中。将反应釜置于180℃中反应24小时。将冷冻干燥后的洗涤产物制成锂离子电池负极材料，并组装成电池进行测试。
28、结果表明：电池容量为1689mah/g；室温下循环100圈电池保持效率为94.5%。
29、以上所述仅为本专利技术的优选实例之一，并不用于限制本专利技术，对于本领域的技术人员来说，本专利技术可以有各种更改和变化。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种硅氧@碳@石墨烯（SiOx@C@G）负极复合材料及其制备方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的硅氧@碳@石墨烯（SiOx@C@G）负极复合材料及其制备方法，其特征在于：步骤1所述的材料为氧化石墨烯；其制备过程分为低温、中温和高温三个不同反应阶段，且每个阶段反应时间不一致；所采用的干燥方式为冷冻干燥。
3.根据权利要求1所述的硅氧@碳@石墨烯（SiOx@C@G）负极复合材料及其制备方法，其特征在于：步骤2中所用材料为SiOx和聚乙二醇，利用聚乙二醇侨联作用和氮气气氛下700℃煅烧，制备SiOx@C@G负极材料。
【技术特征摘要】
1.一种硅氧@碳@石墨烯（siox@c@g）负极复合材料及其制备方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的硅氧@碳@石墨烯（siox@c@g）负极复合材料及其制备方法，其特征在于：步骤1所述的材料为氧化石墨烯；其制备过程分为低温、中温和高温三个不同反应...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓民，任海林，苏阳，赵帅，王复栋，陈娜，李振，郭丽莉，
申请(专利权)人：营口理工学院，
类型：发明
国别省市：
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