[发明专利]一种三维石墨烯导电网络用于锂电池负极及其制备方法

说明书

本发明涉及一种三维石墨烯导电网络用于锂电池负极及其制备方法，包括以下步骤：将导电聚苯胺加入N‑甲基吡咯烷酮，将酚醛树脂，加入乙醇溶液，形成酚醛/乙醇溶液，然后混合，加入纳米硅粉和氧化石墨烯粉末，制成Si/GO/导电聚苯胺/酚醛树脂悬浮液，取悬浮液进行喷雾干燥，得到Si/GO/导电聚苯胺/酚醛树脂前驱体薄膜，将获得的Si/GO/导电聚苯胺/酚醛树脂前驱体薄膜在氩气/氮气气氛中，煅烧2h～3h，即得到Si/石墨烯/热解聚苯胺‑无定形碳的复合材料。有益效果：以纳米硅粉、氧化石墨烯、导电聚苯胺和酚醛树脂为原料，得到的球形多孔二次颗粒进行热处理，形成球形复合多孔材料，具有三维立体导电网络结构，具有很高的比容量，脱嵌锂电位适中，安全性好。

技术领域

本发明涉及锂电池材料制备制备领域，具体涉及一种三维石墨烯导电网络用于锂电池负极及其制备方法。

背景技术

随着电动汽车和大型储能设施的发展，对高能量密度锂离子电池的需求越来越迫切。目前，商业化锂离子电池普遍使用石墨碳类材料作为负极，然而石墨的理论比容量较低(372mAh/g)，在快速充放电时容易“析锂”而具有安全隐患，这严重限制了锂离子电池能量密度和功率密度的提高，因此，科学工作者们一直在为寻找高容量、高安全性、长寿命的锂离子电池材料做着不懈的努力。

在目前已知的锂离子电池负极材料体系中，硅拥有较高的比容量和较好的安全性能，在近十年里得到学术界的广泛关注和研究。硅负极在实际应用上要克服的两个主要问题是体积效应和电导率不高。其中一种解决方法是制备纳米尺度的硅材料；另外一种解决方式是向硅材料中引入第二相，如碳材料、活性金属或者惰性金属等。其中，碳材料具有优异的机械性能，可以有效缓解硅的体积效应，并且碳材料也是离子和电子的良导体，可有效增加电极材料的电导率，因此硅碳材料是研究最多的一种硅基材料的体系。

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片结构的二维材料，其中碳原子以SP2杂化轨道形式组成六角形呈蜂巢晶格的平面薄膜，是目前已知的最薄材料。石墨烯具有优异的机械性能、较大的比表面积、非比寻常的离子和电子电导速率和良好的化学耐受性，被广泛应用了电极材料的制备中，也是一种理想的硅负极基质材料。目前报道的硅与石墨烯的复合材料主要是使用机械混合、冷冻干燥等方法将硅颗粒与石墨烯进行复合，由于硅颗粒并不能被石墨烯完全包覆，在充放电过程中由于体积效应，硅颗粒容易从石墨烯层间脱落，复合电极的循环稳定性较差。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种三维石墨烯导电网络用于锂电池负极及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种三维石墨烯导电网络用于锂电池负极及其制备方法，包括以下步骤：

(1)将5g～10g导电聚苯胺加入100ml～200ml的N-甲基吡咯烷酮中，超声搅拌30～60min，形成导电聚苯胺/N-甲基吡咯烷酮溶液，然后称取10g～20g酚醛树脂，加入100ml～200ml的乙醇溶液中，超声搅拌30～60min，形成酚醛/乙醇溶液，然后将导电聚苯胺/N-甲基吡咯烷酮溶液和酚醛/乙醇溶液按体积1:1比例混合，60℃～80℃超声搅拌30～60min，形成导电聚苯胺/酚醛复合溶液；

(2)称取1g～5g纳米硅粉，加入200ml～400ml导电聚苯胺/酚醛复合溶液中，超声搅拌30～60min，然后加入1g～5g的氧化石墨烯粉末，60℃～80℃超声搅拌2h～5h，球磨混合1h～2h，形成Si/GO/导电聚苯胺/酚醛树脂悬浮液；

(3)取200ml的Si/GO/导电聚苯胺/酚醛树脂悬浮液进行喷雾干燥，得到Si/GO/导电聚苯胺/酚醛树脂前驱体薄膜；

(4)将获得的Si/GO/导电聚苯胺/酚醛树脂前驱体薄膜在空气气氛中以5℃/min～10℃/min的升温速率升温至200℃～300℃，并恒温1～2h，进行稳定化处理，然后在保护气氛中，700℃～900℃下煅烧2h～3h，然后自然冷却到室温，即得到Si/石墨烯/热解聚苯胺-无定形碳的复合材料。