[发明专利]碳纳米管/石墨烯/硅复合锂电池负极材料及其制备方法

摘要

本发明属于能源材料技术领域，提供一种碳纳米管/石墨烯/硅复合锂电池负极材料及其制备方法，用以克服硅负极在电化学储锂过程中剧烈的体积效应、难以形成稳定的表面固体电解质膜及其本征电导率低导致其电循环性能差的缺陷。本发明包括泡沫镍、以及在泡沫镍上依次交替设置的石墨烯层和硅共混碳纳米管层，且最顶层为石墨烯层，最顶层石墨烯层上还覆盖有一层厚石墨烯保护层。本发明采用石墨烯层交替硅/碳纳米管复合层的多层结构，利用石墨烯和碳纳米管的高机械性能与高导电性共同对硅粉进行三维复合，在保持硅高比容量的前提下大幅提高了负极倍率以及循环性能、同时，其制备方法具有工艺简单、成本低、可重复性好的优点。

主权项

1.碳纳米管/石墨烯/硅复合锂电池负极材料的制备方法，所述碳纳米管/石墨烯/硅复合锂电池负极材料包括泡沫镍、以及在泡沫镍上依次交替设置的石墨烯层和硅共混碳纳米管层，且最顶层为石墨烯层；其中，硅层数量为n、1≤n≤15，石墨烯层数量为n+1；所述最顶层石墨烯层上还覆盖有一层厚石墨烯保护层；所述碳纳米管/石墨烯/硅复合锂电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：/n步骤1、将泡沫镍压成圆片、并清洗备用；/n步骤2、将氧化石墨烯粉末加入无水乙醇中，超声分散30~60min，分别配制得浓度为0.5~2M的氧化石墨烯溶液A和浓度为2~4M的氧化石墨烯溶液B；/n步骤3、清洗纳米硅，然后将纳米硅加入到体积比为无水乙醇：乙二醇=9:1的混合溶液中，配制的浓度为1~2M的硅分散溶液；再将羟基化碳纳米管加入到硅分散溶液中，碳纳米管浓度为0.01~2M，继续超声分散30~120min，得到硅/碳纳米管复合分散溶液；/n步骤4、将泡沫镍浸润到氧化石墨烯溶液A中，取出并在60~90°C惰性气氛中干燥10~15min；/n步骤5、将步骤4处理后泡沫镍浸润到硅/碳纳米管复合分散溶液中，取出并在60~90°C惰性气氛中干燥5~10min；/n步骤6、重复步骤4至步骤5，制备得硅/碳纳米管复合网络层数量为n、1≤n≤15的碳纳米管/石墨烯/硅复合负极材料；/n步骤7、采用压片机将步骤6制备得复合负极材料以8~10Mpa压成薄片；/n步骤8、步骤7得薄片置于氧化石墨烯溶液B中，浸泡30~60min后取出干燥；/n步骤9、将步骤8处理薄片放入真空管式炉中，于550~650°C、Ar