硅纳米线-石墨烯复合材料及其制备方法、锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种硅纳米线-石墨烯复合材料，包括：石墨烯、硅纳米线以及纳米金属颗粒；所述硅纳米线形成在所述石墨烯上，且所述硅纳米线将所述纳米金属颗粒包覆在其中。这种硅纳米线-石墨烯复合材料通过在石墨烯上形成硅纳米线，能够有效地降低在嵌锂和脱锂的过程中硅纳米线的弯曲变形。相对于传统的在嵌锂和脱锂的过程中体积变化较大的硅材料，这种硅纳米线-石墨烯复合材料在嵌锂和脱锂的过程中体积变化较小。本发明专利技术还提供一种上述硅纳米线-石墨烯复合材料的制备方法，以及采用该硅纳米线-石墨烯复合材料的锂离子电池。

【技术实现步骤摘要】
硅纳米线-石墨烯复合材料及其制备方法、锂离子电池
本专利技术涉及一种硅纳米线-石墨烯复合材料及其制备方法，以及采用该硅纳米线-石墨烯复合材料的锂离子电池。
技术介绍
随着社会的发展，对储能技术和储能器件的要求越来越高，锂离子电池就是其中的一种，对于锂离子电池的储能性能，负极材料起着重要作用。目前锂离子电池的负极材料主要用石墨，而石墨的理论容量最高仅为372mAh/g，这大大限制了锂离子电池的性能，无法满足人们对高容量器件的需求。硅以高比能量(4200mAh/g)引起了人们的广泛关注。虽然硅作为负极材料具有高容量的优势，但它在嵌锂和脱锂的过程中体积变化较大，最高体积膨胀率达到300%，这会导致电极材料粉末化，活性物质内部丧失电接触，电极容量迅速衰减，从而缩短锂离子电池的寿命，这是硅材料进行应用前亟待解决的一个重要问题。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种在嵌锂和脱锂的过程中体积变化较小的硅纳米线-石墨烯复合材料及其制备方法，以及采用该硅纳米线-石墨烯复合材料的锂离子电池。—种娃纳米线-石墨烯复合材料，包括:石墨烯、娃纳米线以及纳米金属颗粒；所述石墨烯、所述娃纳米线和所述纳米金属颗粒的质量比为10~100:5^50:1 ；所述硅纳米线形成在所述石墨烯上，且所述硅纳米线将所述纳米金属颗粒包覆在其中。在一个实施例中，所述纳米金属颗粒的粒径为10nnT20nm ;所述纳米金属颗粒为纳米铁颗粒、纳米金颗粒、纳米钼颗粒和纳米铜颗粒中的至少一种。在一个实施例中，所述娃纳米线的直径为15nnT30nm。一种硅纳米线-石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤:提供氧化石墨；在保护气体的氛围下，将所述氧化石墨加热至700°C、50°C，制得石墨烯；将所述石墨烯与纳米金属颗粒按照质量比为10-100:1混匀后，置于压力低于130pa的四氢化硅和所述保护气体的混合氛围下，以2V /mirTKTC /min的升温速率加热至7500C~850°C，并保温ltT2h，制得所述硅纳米线-石墨烯复合材料。在一个实施例中,所述制得石墨烯的步骤中,将氧化石墨以5°C /min20°C /min的升温速率加热至700°C、50°C后保温ltT2h，然后在保护气体氛围下冷却后制得石墨烯。在一个实施例中,所述保护气体为氩气、氮气或氦气。在一个实施例中，所述压力低于130pa的四氢化硅和所述保护气体的混合氛围为:流速为100mL/mirT200mL/min 的保护气体和流速为200mL/mirT300mL/min的四氢化硅。在一个实施例中，所述氧化石墨通过如下步骤制得:将石墨加入质量分数为98%的浓硫酸和质量分数为65%的浓硝酸的混合溶液中，在冰水混合浴中搅拌，之后再慢慢地往混合溶液中加入高锰酸钾，接着将混合液加热至800C?90°C保持0.5h?lh，接着加入去离子水并使得混合液温度在80°C?90°C保持0.5h?lh，对石墨在闻温下进一步进打氧化，得到氧化石墨。一种锂离子电池，包括复合电极片，所述复合电极片包括基片以及涂覆在所述基片上的浆料层；所述浆料层由硅纳米线-石墨烯复合材料、粘接剂以及导电剂混合形成；所述娃纳米线-石墨烯复合材料包括石墨烯、娃纳米线以及纳米金属颗粒；所述娃纳米线形成在所述石墨烯上，且所述硅纳米线将所述纳米金属颗粒包覆在其中。在一个实施例中，所述衆料层由娃纳米线-石墨烯复合材料、粘接剂以及导电剂按照质量比85:5:10混合形成。这种硅纳米线-石墨烯复合材料通过在石墨烯上形成硅纳米线，能够有效地降低在嵌锂和脱锂的过程中硅纳米线的弯曲变形，同时硅纳米线与石墨烯粘附性较高，使得硅纳米线-石墨烯复合材料用作于锂离子电池电极材料时可逆容量较高，且具有优异的循环性能，同时提高了电极材料的稳定性。相对于传统的在嵌锂和脱锂的过程中体积变化较大的硅材料，这种硅纳米线-石墨烯复合材料在嵌锂和脱锂的过程中体积变化较小。【附图说明】图1为一实施方式的硅纳米线-石墨烯复合材料的制备方法的流程图。【具体实施方式】为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。—实施方式的娃纳米线-石墨烯复合材料，包括:石墨烯、娃纳米线以及纳米金属颗粒。纳米金属颗粒作为硅纳米线生长的催化剂。硅纳米线-石墨烯复合材料中的硅纳米线形成在石墨烯上，且硅纳米线将纳米金属颗粒包覆在其中。这种硅纳米线-石墨烯复合材料通过在石墨烯上形成硅纳米线，能够有效地降低在嵌锂和脱锂的过程中硅纳米线的弯曲变形，同时硅纳米线与石墨烯粘附性较高，使得硅纳米线-石墨烯复合材料用作于锂离子电池电极材料时可逆容量较高，且具有优异的循环性能，同时提高了电极材料的稳定性。相对于传统的在嵌锂和脱锂的过程中体积变化较大的硅材料，这种硅纳米线-石墨烯复合材料在嵌锂和脱锂的过程中体积变化较小。纳米金属颗粒的粒径可以为10nnT20nm。纳米金属颗粒选择可以作为催化剂的纳米金属颗粒即可，一般可以为纳米铁颗粒、纳米金颗粒、纳米钼颗粒和纳米铜颗粒中的至少一种。娃纳米线的直径可以为15nnT30nm。石墨烯、娃纳米线和纳米金属颗粒的质量比为10~100:5^50:1。如图1所示的一实施方式的上述石墨烯/纳米碳纤维复合集流体的制备方法，包括如下步骤:S10、提供氧化石墨。氧化石墨可以直接购买得到，也可以采用石墨制备得到。下面提供一种采用石墨制备氧化石墨的方法，具体如下:选择纯度至少为99.5%的石墨，将石墨加入质量分数为98%的浓硫酸和质量分数为65%的浓硝酸的混合溶液中，在冰水混合浴中搅拌，之后再慢慢地往混合溶液中加入高锰酸钾，对石墨进行氧化，接着将混合液加热至80°C~90°C保持0.5tTlh，接着加入去离子水并使得混合液温度在80°C~90°C保持0.5tTlh，对石墨在高温下进一步进行氧化，最后加入过氧化氢除去高锰酸钾，抽滤，用稀盐酸和去离子水对固体物进行反复洗涤，干燥，得到氧化石墨。浓硫酸、浓硝酸和高锰酸钾的加入量依据石墨的量而定，可以选择石墨、浓硫酸、浓硝酸和高锰酸钾的比例关系约为1:85~95:24^25:3飞，其中，石墨和高锰酸钾的单位为g，浓硫酸和浓硝酸的单位为mL。S20、在保护气体的氛围下，将SlO得到的氧化石墨加热至700°C、50°C，制得石墨烯。将氧化石墨以5°C /min^20°C /min的升温速率加热至700°C~950°C后保温lh~2h，然后在保护气体氛围下冷却后制得石墨烯。保护气体可以为氩气或氮气、氦气。保护气体气氛可以为流速为150mL/min~300mL/min的保护气体形成。S30、将S20得到的石墨烯与纳米金属颗粒按照质量比为10-100:1混匀后，置于压力低于130pa的四氢化硅和上述保护气体的混合氛围下，以2V /mirTl(TC /min的升温速率加热至750°C ^850°C，并保温ltT2h，制得硅纳米线-石墨烯复合材料。压力低于130pa的四氢化硅和保护气体的混合氛围为:流速为100mL/mi本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅纳米线?石墨烯复合材料，其特征在于，包括：石墨烯、硅纳米线以及纳米金属颗粒；所述石墨烯、所述硅纳米线和所述纳米金属颗粒的质量比为10~100：5~50：1；所述硅纳米线形成在所述石墨烯上，且所述硅纳米线将所述纳米金属颗粒包覆在其中。

【技术特征摘要】
1.一种娃纳米线-石墨烯复合材料，其特征在于，包括:石墨烯、娃纳米线以及纳米金属颗粒；所述石墨烯、所述娃纳米线和所述纳米金属颗粒的质量比为l(Tl00:5^50:1 ；所述娃纳米线形成在所述石墨烯上，且所述娃纳米线将所述纳米金属颗粒包覆在其中。2.根据权利要求1所述的硅纳米线-石墨烯复合材料，其特征在于，所述纳米金属颗粒的粒径为10nnT20nm ；所述纳米金属颗粒为纳米铁颗粒、纳米金颗粒、纳米钼颗粒和纳米铜颗粒中的至少一种。3.根据权利要求1所述的娃纳米线-石墨烯复合材料，其特征在于，所述娃纳米线的直径为15nm~30nm。4.一种硅纳米线-石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:提供氧化石墨；在保护气体的氛围下，将所述氧化石墨加热至700°C、50°C，制得石墨烯；将所述石墨烯与纳米金属颗粒按照质量比为10-100:1混匀后，置于压力低于130pa的四氢化硅和所述保护气体的混合氛围下，以2 V /mirTKTC /min的升温速率加热至7500C~850°C，并保温ltT2h，制得所述硅纳米线-石墨烯复合材料。5.根据权利要求4所述的硅纳米线-石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述制得石墨烯的步骤中，将氧化石墨以5`°C /mirT2(TC /min的升温速率加热至700°C、50°C后保温ltT2h，然后在保护气体氛围下冷却后制得石墨烯。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，钟辉，王要兵，
申请(专利权)人：海洋王照明科技股份有限公司，深圳市海洋王照明技术有限公司，
类型：发明
国别省市：