間為60?300min，清洗次數(shù)為3次，然后再用去離子水反復(fù)離心清洗至中性后，在80°C下干燥12h，就制得石墨稀納米帶。
[0035]3)制備單質(zhì)娃-石墨稀納米帶復(fù)合材料
[0036]將步驟2.4)所述石墨稀納米帶加入到步驟I)所得到的單質(zhì)娃懸浮液中，石墨稀納米帶的質(zhì)量與步驟I)中單質(zhì)娃的質(zhì)量比為1: 2，再在10Hz頻率下超聲震蕩120min的后，制得單質(zhì)硅-石墨烯納米帶膠裝物，將膠狀物在120°C下干燥12h，在升溫速率為3°C /min下，升溫至燒結(jié)溫度為400°C，惰性氣氛保護(hù)的條件下燒結(jié)3h制得單質(zhì)硅-石墨烯納米帶復(fù)合材料。
[0037]實(shí)施例2
[0038]一種單質(zhì)娃-石墨稀納米帶復(fù)合材料的制備方法，同實(shí)施例1，其中:
[0039]第I)步中，攪拌時(shí)間為0.5h，單質(zhì)硅的質(zhì)量(g):去離子水體積(mL)之比為I: 100，加入粘結(jié)劑超聲lOmin，所述粘結(jié)劑與單質(zhì)硅的質(zhì)量之比為1: 0.1。
[0040]第2)中過渡金屬氧化助劑為四氧化鋨，濃硫酸為強(qiáng)氧化性酸，將石墨化碳納米管加入到強(qiáng)氧化性酸中攪拌時(shí)間為lh，在室溫下攪拌時(shí)間為0.lh，水浴溫度為50°C，水浴攪拌時(shí)間為Ih ;所述碳納米管的質(zhì)量(g):所述氧化劑質(zhì)量(g):所述氧化性酸體積(mL)為1:1: 50。向混合物II中加入雙氧水和去離子水，混合反應(yīng)時(shí)間為0.5h;所述雙氧水的體積(mL):所述去離子水的體積(mL):步驟1.1)中所述氧化性酸的體積(mL)為1: 5: 0.5。所用鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，對(duì)混合物III進(jìn)行超聲，超聲的頻率為20Hz，時(shí)間為lOmin，清洗次數(shù)為2次，干燥溫度為60°C，干燥時(shí)間為6h。
[0041]第3)步中，超聲頻率為50Hz，超聲時(shí)間為30min，干燥溫度為60°C，干燥時(shí)間為6h，升溫速率為2°C /min,燒結(jié)溫度為200°C，燒結(jié)時(shí)間為Ih，石墨稀納米帶的質(zhì)量與步驟I)中單質(zhì)硅的質(zhì)量比為1: 0.1。
[0042]實(shí)施例3
[0043]一種單質(zhì)娃-石墨稀納米帶復(fù)合材料的制備方法，同實(shí)施例1，其中:
[0044]第I)步中，攪拌時(shí)間為12h，單質(zhì)硅的質(zhì)量(g):去離子水體積(mL)之比為I: 1000，加入粘結(jié)劑超聲300min，所述粘結(jié)劑與單質(zhì)硅的質(zhì)量之比為1: 50。
[0045]第2)過渡金屬氧化助劑為高鐵酸鉀，高氯酸為強(qiáng)氧化性酸，將石墨化碳納米管加入到強(qiáng)氧化性酸中攪拌時(shí)間為24h，在室溫下攪拌時(shí)間為5h，水浴溫度為90°C，水浴攪拌時(shí)間為I?1h ;所述碳納米管的質(zhì)量(g):所述氧化劑質(zhì)量(g):所述氧化性酸體積(mL)為1: 10: 2000。向混合物II中加入雙氧水和去離子水，混合反應(yīng)時(shí)間為3h;所述雙氧水的體積(mL):所述去離子水的體積(mL):步驟1.1)中所述氧化性酸的體積(mL)為1: 20: 5。所用鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，對(duì)混合物III進(jìn)行超聲，超聲的頻率為1000Hz，時(shí)間為300min，清洗次數(shù)為5次，清洗次數(shù)為5次，干燥溫度為150°C，干燥時(shí)間為24h。
[0046]第3)步中，超聲頻率為1000Hz，超聲時(shí)間為240min，干燥溫度為150°C，干燥時(shí)間為24h，升溫速率為5°C /min，燒結(jié)溫度為600°C，燒結(jié)時(shí)間為10h，石墨稀納米帶的質(zhì)量與步驟I)中單質(zhì)硅的質(zhì)量比為1: 20。
[0047]試驗(yàn)結(jié)果
[0048]用實(shí)施例1制備出的正極復(fù)合材料進(jìn)行掃描電鏡觀察，其電鏡圖如圖1，圖2所示，其中圖2為圖1的放大圖。從試驗(yàn)結(jié)果分析可知，由實(shí)施例1所得的單質(zhì)硅-石墨烯納米帶復(fù)合材料產(chǎn)品單質(zhì)娃顆粒被納米帶均勾捆綁纏繞組成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時(shí)石墨稀納米帶不僅與單質(zhì)硅顆粒結(jié)合緊密，從而這種結(jié)構(gòu)不僅有利于阻止單質(zhì)硅在充放電過程中的粉化現(xiàn)象，同時(shí)能夠既提高單質(zhì)的導(dǎo)電性也便于鋰離子的傳輸，從而提升單質(zhì)硅的電化學(xué)性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種單質(zhì)娃-石墨稀納米帶復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)制備單質(zhì)娃懸浮液 將粒徑小于300nm的單質(zhì)硅粉末加入去離子水中攪拌0.5?12h，得到單質(zhì)硅的懸濁液，單質(zhì)硅的質(zhì)量(g):去離子水體積(mL)之比為1: 100?1000 ;然后往懸濁液中加入粘結(jié)劑，并在20-1000HZ的頻率下超聲10?300min，制得均勻的單質(zhì)硅懸浮液；所述粘結(jié)劑與單質(zhì)硅的質(zhì)量之比為1: 0.1?50 ; 2)制備石墨稀納米帶 2.1)將石墨化碳納米管加入到強(qiáng)氧化性酸中攪拌I?24h制得混合物I ; 2.2)然后向混合物I中加入過渡金屬氧化助劑，在室溫下攪拌0.1?5h后再轉(zhuǎn)移到水浴鍋中，再在50?90°C恒溫下攪拌I?1h就制得混合物II ;步驟2.1)所述的碳納米管質(zhì)量(g):步驟2.2)所述的過渡金屬氧化助劑質(zhì)量(g):步驟2.1)所述的強(qiáng)氧化性酸體積(HiL)為 1:1 ?10: 50 ?2000 ； 2.3)向混合物II中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的雙氧水和去離子水，混合反應(yīng)0.5-3h制得混合物III ;所述雙氧水的體積(mL):所述去離子水的體積(mL):步驟2.1)中所述強(qiáng)氧化性酸的體積(mL)為1: 5?20: 0.5?5 ; 2.4)用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2?5%的鹽酸對(duì)混合物III進(jìn)行超聲清洗；超聲的頻率為20-1000HZ，時(shí)間為10?300min，清洗次數(shù)為2?5次，然后再用去離子水對(duì)混合物在轉(zhuǎn)速為1000-15000轉(zhuǎn)/秒的條件下反復(fù)離心清洗至中性，接著在60-150°C下干燥6?24h，制得石墨稀納米帶； 3)制備單質(zhì)娃-石墨稀納米帶復(fù)合材料 將步驟2.4)所述石墨烯納米帶加入到步驟I)所得到的單質(zhì)硅懸浮液中，石墨烯納米帶的質(zhì)量與步驟I)中單質(zhì)硅的質(zhì)量比為1: 0.1?20 ;再在50?1000Hz頻率下超聲震蕩30?240min的后，制得單質(zhì)硅-石墨烯納米帶膠狀物；將膠狀物在60_150°C下干燥6?24h ;在升溫速率為2?5°C /min下，升溫至燒結(jié)溫度為200?600°C，惰性氣氛下燒結(jié)I?1h制得單質(zhì)娃-石墨稀納米帶復(fù)合材料。2.按照權(quán)利要求1所述的一種單質(zhì)娃-石墨稀納米帶復(fù)合材料的制備方法，其特征在于: 步驟2.2)所述的過渡金屬氧化助劑選自高錳酸鉀、高錳酸鈉、高鐵酸鉀、高鐵酸鈉、四氧化鋨； 步驟2.1)所述的強(qiáng)氧化性酸選自濃硫酸、濃硝酸、高氯酸、稀硝酸、氯的含氧酸、溴的含氧酸或碘的含氧酸； 步驟I)所述的粘結(jié)劑選自聚乙烯、聚丙烯、聚醋酸乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚丁二烯、聚乙烯醇縮甲醛、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、葡萄糖、蔗糖、聚甲基纖維素或聚乙基纖維素。
【專利摘要】一種單質(zhì)硅-石墨烯納米帶復(fù)合材料的制備方法，即將將單質(zhì)硅與粘結(jié)劑均勻混合形成單質(zhì)硅懸浮液。然后加入通過化學(xué)切割和超聲剝離碳納米管制備出石墨烯納米帶，超聲混合制備出單質(zhì)硅-石墨烯納米帶膠狀體，經(jīng)干燥以及熱處理制得復(fù)合正極材料產(chǎn)品。本發(fā)明具有工藝簡單，操作方便，有利于實(shí)現(xiàn)大規(guī)?；a(chǎn)，便于推廣應(yīng)用，能耗低，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)安全性好等特點(diǎn)，采用本發(fā)明方法制備出的單質(zhì)硅-石墨烯納米帶復(fù)合材料具有結(jié)合力強(qiáng)、導(dǎo)電性能優(yōu)異，離子擴(kuò)散速度快，循環(huán)使用壽命長等特點(diǎn)，本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于制備金屬單質(zhì)復(fù)合材料，采用本發(fā)明方法制備出的產(chǎn)品可廣泛用做負(fù)極材料應(yīng)用于高性能的鋰離子電池。
【IPC分類】B82Y40/00, H01M4/38, B82Y30/00, H01M4/62
【公開號(hào)】CN104934583
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510192091
【發(fā)明人】李新祿, 李同濤, 粟澤龍, 張艷艷, 張欣琳, 黃佳木
【申請(qǐng)人】重慶大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年4月17日