CN105514379A - 球状纳米硅石墨烯复合制备锂电池负极材料及制备方法 - Google Patents

球状纳米硅石墨烯复合制备锂电池负极材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于锂电池技术领域，涉及球状纳米硅石墨烯复合制备锂电池负极材料及制备方法，球状纳米硅石墨烯复合制备锂电池负极材料，以重量百分比为3—35％的气相法制备的球状高纯的纳米级金属或球状高纯的纳米级金属合金与65—97％的石墨烯平直片、0.1—15％的导电高分子聚合物、0.1—15％的水溶性粘连剂通过搅拌乳化得到叠层多维间隙复合的锂电池负极材料，制备方法是将称量的气相法制备的纳米级金属或纳米级金属合金与石墨烯平直片掺入导电高分子聚合物先通过高速乳化机乳化后，再移入分散机内并添加水溶性粘连剂后通过分散机分散后复合成锂电池负极材料，优点是：用其制成的锂电池负极的间隙能大，循环寿命达2000次以上，适用于制备锂电池负极。

Description

球状纳米硅石墨烯复合制备锂电池负极材料及制备方法
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，特指一种球状纳米硅石墨烯复合制备锂电池负极材料及制备方法。
背景技术
目前，有一种石墨烯纳米金属导电高分子聚合物层叠结构复合锂电池负极及其制备方法，是用石墨烯平直片、片状纳米金属或片状纳米金属合金之间填充有导电高分子聚合物制成的复合锂电池负极材料，其不足之处在于：因为石墨烯平直片、片状纳米金属或片状纳米金属合金之间是片与片之间的叠层复合结构，无法形成多维叠层理想间隙能，造成锂离子在锂电池负极中无太大空间迁移穿梭、嵌入与脱出的缺点，严重影响锂离子电池的高容量的结构基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种球状纳米硅石墨烯复合制备锂电池负极材料及制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
球状纳米硅石墨烯复合制备锂电池负极材料，以重量百分比为3—35％的气相法制备的球状的纳米金属或球状的纳米金属合金与65—97％的石墨烯平直片、0.1—15％的导电高分子聚合物、0.1—15％的水溶性粘连剂通过搅拌乳化得到叠层多维间隙复合的锂电池负极材料。
上述纳米级金属或纳米级金属合金的颗粒直径为30—300nm、外形为类球状。
上述石墨烯平直片是用机械球磨剥离设备制备的非氧化石墨烯平直片，石墨烯平直片的厚度为0.37—5nm，平均长度为100—5000nm。
上述导电高分子聚合物为聚吡咯或聚苯胺。
上述水溶性粘连剂为丁苯橡胶或开姆洛克。
上述搅拌乳化是用通过智能控制机械搅拌机和间歇式和高剪切式乳化设备实现的。
上述纳米级金属或纳米级金属合金的颗粒直径为50—120nm，石墨烯平直片的厚度为0.37—1.2nm，平均长度为100—200nm。
上述纳米金属合金包含有气相法制备的球状的硅、银、锡、铜、铝、铅、铬、锰之一种以上的纳米级金属材料。
上述石墨烯为2—15层的小多层石墨烯。
上述的球状纳米硅石墨烯复合制备锂电池负极材料的制备方法，将称量的气相法制备的纳米级金属或纳米级金属合金与石墨烯平直片掺入导电高分子聚合物先通过高速乳化机乳化后，再移入分散机内并添加水溶性粘连剂后通过分散机分散后得到锂电池负极材料。
本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：
1、本发明以球状的金属颗粒与石墨烯平直片复合形成叠层多维空间的锂电池负极材料，由于球状的金属颗粒的作用，复合后大幅度提高金属颗粒与石墨烯平直片之间的间隙、易于锂离子在间隙中迁移穿梭，过程中的嵌入与脱出，大大提高锂离子的充放电比容量，循环充电寿命2000次以上。
2、利用本发明制作的锂电池的技术性能大大优于目前采用石墨烯平直片与纳米级片状金属材料复合形成的锂电池负极材料，首次充电比容量可达2200mah/g，放电比容量可达2200mah/g，300次循环后容量可达93.8％，使用寿命可达2000次以上，是一种理想的锂电池负极材料。
3、本发明适用于制备锂电池负极。
附图说明
图1是本发明的锂电池负极材料的纳米金属与石墨烯平直片的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述，参见图1：
球状纳米硅石墨烯复合制备锂电池负极材料，以重量百分比为3—35％的气相法制备的球状的纳米金属10或球状的纳米金属合金与65—97％的石墨烯平直片20、0.1—15％的导电高分子聚合物、0.1—15％的水溶性粘连剂通过搅拌乳化得到叠层多维间隙复合的锂电池负极材料。
上述纳米金属10或纳米金属合金的颗粒直径为30—300nm、外形为类球状、纯度为99.95％以上。
上述石墨烯平直片20是用机械球磨剥离设备制备的非氧化石墨烯平直片，石墨烯平直片的厚度为0.37—5nm，平均长度为100—5000nm。
上述导电高分子聚合物为聚吡咯或聚苯胺。
上述水溶性粘连剂为丁苯橡胶或开姆洛克。
上述搅拌乳化是用通过智能控制机械搅拌机和间歇式和高剪切式乳化设备实现的。
上述纳米级金属或纳米级金属合金的颗粒直径为50—120nm，石墨烯平直片的厚度为0.37—1.2nm，平均长度为100—200nm。
上述纳米金属合金包含有气相法制备的球状的硅、银、锡、铜、铝、铅、铬、锰之一种以上的纳米级金属材料。
上述石墨烯为2—15层的小多层石墨烯。
上述的球状纳米硅石墨烯复合制备锂电池负极材料的制备方法，将称量的气相法制备的纳米级金属或纳米级金属合金与石墨烯平直片掺入导电高分子聚合物先通过高速乳化机乳化后，再移入分散机内并添加水溶性粘连剂后通过分散机分散后得到锂电池负极材料。
本发明以球状的纳米级金属或纳米级金属合金与石墨烯平直片复合形成叠层多维空间的锂电池负极材料，由于球状金属颗粒的作用，复合后大幅度提高金属颗粒与石墨烯平直片之间的间隙30、易于锂离子在间隙中迁移穿梭，过程中的嵌入与脱出，大大提高锂离子的充放电比容量，使用寿命可达2000次以上，是一种理想的锂电池负极材料。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.球状纳米硅石墨烯复合制备锂电池负极材料，其特征在于：以重量百分比为3—35％的气相法制备的球状的纳米金属或球状的纳米金属合金与65—97％的石墨烯平直片、0.1—15％的导电高分子聚合物、0.1—15％的水溶性粘连剂通过搅拌乳化得到叠层多维间隙复合的锂电池负极材料。
2.根据权利要求1所述的球状纳米硅石墨烯复合制备锂电池负极材料，其特征在于：所述纳米级金属或纳米级金属合金的颗粒直径为30—300nm、外形为类球状。
3.根据权利要求1所述的球状纳米硅石墨烯复合制备锂电池负极材料，其特征在于：所述石墨烯平直片是用机械球磨剥离设备制备的非氧化石墨烯平直片，石墨烯平直片的厚度为0.37—5nm，平均长度为100—5000nm。
4.根据权利要求1所述的球状纳米硅石墨烯复合制备锂电池负极材料，其特征在于：所述导电高分子聚合物为聚吡咯或聚苯胺。
5.根据权利要求1所述的球状纳米硅石墨烯复合制备锂电池负极材料，其特征在于：所述水溶性粘连剂为丁苯橡胶或开姆洛克。
6.根据权利要求1所述的球状纳米硅石墨烯复合制备锂电池负极材料，其特征在于：所述搅拌乳化是用通过智能控制机械搅拌机和间歇式和高剪切式乳化设备实现的。
7.根据权利要求1所述的球状纳米硅石墨烯复合制备锂电池负极材料，其特征在于：所述纳米级金属或纳米级金属合金的颗粒直径为50—120nm，石墨烯平直片的厚度为0.37—1.2nm，平均长度为100—200nm。
8.根据权利要求1所述的球状纳米硅石墨烯复合制备锂电池负极材料，其特征在于：所述的纳米金属为纳米级的硅、银、锡、铜、铝、铅、铬、锰之一，所述的纳米金属合金为纳米级的锡铜银合金或铜镍合金或铜锰合金。
9.根据权利要求1所述的球状纳米硅石墨烯复合制备锂电池负极材料，其特征在于：所述石墨烯为2—15层的小多层石墨烯。
10.如权利要求1—9任一项所述的球状纳米硅石墨烯复合制备锂电池负极材料的制备方法，其特征在于：将称量的气相法制备的纳米级金属或纳米级金属合金与石墨烯平直片掺入导电高分子聚合物先通过高速乳化分散机乳化后，再移入分散机内并添加水溶性粘连剂后通过分散机分散后得到锂电池负极材料。
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