一種硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種硅?石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備方法，包括有如下步驟，1)石墨的前處理：將石墨置于由氧化劑和插層劑構(gòu)成的混合溶液中，超聲攪拌處理，獲得的產(chǎn)物經(jīng)洗滌、過(guò)濾、干燥后置于馬弗爐中，于氮?dú)鈿夥罩懈邷靥幚恚玫绞┓稚⒁簜溆茫?）硅?石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備：將微米級(jí)的高純硅粉與研磨球以質(zhì)量比1~50:1的比例置于研磨罐中；用真空泵對(duì)體系抽真空后通入保護(hù)氣氛，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)攪拌桿，攪拌桿帶動(dòng)研磨球?qū)υ戏勰┻M(jìn)行研磨粉碎；加入碳粘結(jié)劑、石墨烯的分散液，繼續(xù)攪拌粉碎0.1~3h，最終得石墨烯?硅復(fù)合的導(dǎo)電漿料。所得導(dǎo)電漿料可不用粘結(jié)劑直接在集流體上成膜做成電極，大大提高了電極的電子電導(dǎo)。
【專利說(shuō)明】
一種硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電極領(lǐng)域技術(shù)，特別是提供一種硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近十幾年來(lái)，隨著各種便攜式電子設(shè)備及電動(dòng)汽車的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展，對(duì)其 動(dòng)力系統(tǒng)一化學(xué)電源的需求和性能要求急劇增長(zhǎng)，鋰離子電池以其高功率特性等優(yōu)勢(shì)成功 并廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電子終端設(shè)備領(lǐng)域。目前，商業(yè)化的鋰電池負(fù)極材料普遍采用各種碳材 料，存在比容量低，易發(fā)生有機(jī)溶劑共嵌入等缺點(diǎn)，不能滿足高能量密度電池的需求。
[0003] 硅基復(fù)合材料作為最具潛力的鋰離子電池下一代高容量電池負(fù)極材料替代材料 收到廣泛關(guān)注。娃作為鋰電負(fù)極材料，具有理論比容量高（可達(dá)4200mAh/g)，低的嵌鋰電位， 且在地殼中儲(chǔ)量豐富等優(yōu)點(diǎn)。但在深度脫嵌鋰條件下，存在較大的體積膨脹和收縮（> 300%)，持續(xù)的體積變化容易引起電極的開裂和活性物質(zhì)的脫落，從而導(dǎo)致電極循環(huán)性能的 惡化。因此如何解決該問(wèn)題是該材料能否實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在之缺失，本發(fā)明的目的在于提供一種硅-石墨 烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備方法及裝置，所得導(dǎo)電漿料可不用粘結(jié)劑直接在集流體上成膜做成 電極，大大提高了電極的電子電導(dǎo)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下之技術(shù)方案:一種硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制 備方法，包括有如下步驟， 1) 石墨的前處理： 將石墨置于由氧化劑和插層劑構(gòu)成的混合溶液中，在20~60 °C下超聲攪拌處理0.5~5h， 獲得的產(chǎn)物經(jīng)洗滌、過(guò)濾、干燥后置于馬弗爐中，于氮?dú)鈿夥罩屑?00~1200°C高溫下處理 0.1~6h，得到膨脹石墨產(chǎn)物溶于水或有機(jī)溶劑中，超聲0.5~2h得到石墨烯分散液備用； 2) 硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備： 將微米級(jí)的高純硅粉(99.99%)與研磨球以質(zhì)量比卜50:1的比例置于研磨罐中；用真 空栗對(duì)體系抽真空后通入保護(hù)氣氛(氬氣或氮?dú)猓?，如此反?fù)操作三次;打開馬達(dá)啟動(dòng)攪拌 保證體系溫度-50~0°C，馬達(dá)轉(zhuǎn)速為每分鐘100~5000轉(zhuǎn)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)攪拌桿，攪拌桿帶動(dòng)研磨 球?qū)υ戏勰┻M(jìn)行研磨粉碎;粉碎〇. 1~4h后，加入碳粘結(jié)劑，繼續(xù)攪拌粉碎0.1~lh;隨后加 入石墨烯的分散液，繼續(xù)攪拌粉碎0.1~3h，最終得石墨烯-硅復(fù)合的導(dǎo)電漿料。
[0006] 作為一種優(yōu)選方案，所述石墨烯的分散液與高純硅粉的質(zhì)量比為1~20:1。
[0007] 作為一種優(yōu)選方案，所述有機(jī)溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP)、乙二醇(EG)、正丁醇、 松油醇的一種或幾種。
[0008] 作為一種優(yōu)選方案，所述研磨罐中設(shè)置有高能球磨裝置，該高能球磨裝置包括馬 達(dá)、研磨筒、功能輔助組件、循環(huán)冷卻裝置、氣氛保護(hù)組件、支架組成;所述研磨筒包括攪拌 桿、研磨盤、物料和研磨介質(zhì)加入口、過(guò)濾和分離裝置、出料口和研磨球;所述研磨筒上設(shè)有 循環(huán)冷卻裝置，具體包括循環(huán)冷卻外套、冷卻液入口和冷卻液出口。
[0009]作為一種優(yōu)選方案，所述功能輔助組件可為微波發(fā)生裝置、超聲發(fā)生器、放電裝 置、磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的一種或幾種。
[0010]作為一種優(yōu)選方案，所述研磨筒上設(shè)氣氛保護(hù)組件，包括保護(hù)氣入口、保護(hù)氣出口 和抽真空設(shè)備。
[0011] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，具體為： 1、通過(guò)本發(fā)明方法制備出的硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料可不用粘結(jié)劑直接在集流體上成 膜做成電極，大大提高了電極的電子電導(dǎo)，可最為鋰離子電池負(fù)極的電極材料。
[0012] 2、通過(guò)球磨使石墨稀片層包覆在娃納米顆粒表面，實(shí)現(xiàn)了石墨稀和娃納米粒子之 間的面面接觸，不僅改善了電極的電子電導(dǎo)，而且有利于緩解其作為鋰電負(fù)極材料時(shí)的體 積膨脹大大提高電極的循環(huán)性能。
[0013] 3、通過(guò)本發(fā)明自制的高能球磨裝置，使得所制備的硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料性能 更優(yōu)異，生產(chǎn)效率更高，有利于硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的規(guī)?；a(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1是本發(fā)明之實(shí)施例中高能球磨裝置的示意簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 請(qǐng)參照?qǐng)D1所示，其顯示了本發(fā)明之較佳實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)，該高能球磨裝置包括 馬達(dá)10、研磨筒、功能輔助組件、循環(huán)冷卻裝置、氣氛保護(hù)組件及支架11;該研磨筒包括攪拌 桿8、研磨盤7、物料和研磨介質(zhì)加入口 1、過(guò)濾和分離裝置12以及出料口 9;該研磨筒上設(shè)有 循環(huán)冷卻裝置，該循環(huán)冷卻裝置包括循環(huán)冷卻外套13、冷卻液入口 4和冷卻液出口 3;該功能 輔助組件2為微波發(fā)生裝置、超聲發(fā)生器、放電裝置或磁場(chǎng)發(fā)生裝置的至少一種;該研磨筒 上設(shè)氣氛保護(hù)組件，該氣氛保護(hù)組件包括保護(hù)氣入口 5、保護(hù)氣出口 6和抽真空設(shè)備。
[0016] 實(shí)施例1 一種硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備方法，包括有如下步驟， 1)石墨的前處理： 將石墨置于由氧化劑和插層劑構(gòu)成的混合溶液中，在60°C下超聲攪拌處理0.5h，獲得 的產(chǎn)物經(jīng)洗滌、過(guò)濾、干燥后置于馬弗爐中，于氮?dú)鈿夥罩屑?200Γ高溫下處理O.lh，得到 膨脹石墨產(chǎn)物溶于水或有機(jī)溶劑中，該有機(jī)溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP);超聲2h得到石墨 烯分散液備用。
[0017] 2)硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備： 將微米級(jí)的高純硅粉(99.99%)與研磨球以質(zhì)量比1:1的比例置于研磨罐中；用真空栗 對(duì)體系抽真空后通入保護(hù)氣氛(氬氣或氮?dú)猓?，如此反?fù)操作三次;打開馬達(dá)啟動(dòng)攪拌保證 體系溫度-50~0°C，馬達(dá)轉(zhuǎn)速為每分鐘100轉(zhuǎn)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)攪拌桿，攪拌桿帶動(dòng)研磨球?qū)υ戏?末進(jìn)行研磨粉碎;粉碎4h后，加入碳粘結(jié)劑，繼續(xù)攪拌粉碎lh;隨后加入石墨烯的分散液，所 述石墨烯的分散液與高純硅粉的質(zhì)量比為1:1;繼續(xù)攪拌粉碎0. lh，最終得石墨烯-硅復(fù)合 的導(dǎo)電漿料。
[0018] 實(shí)施例2 一種硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備方法，包括有如下步驟， 1)石墨的前處理： 將石墨置于由氧化劑和插層劑構(gòu)成的混合溶液中，在20°c下超聲攪拌處理5h，獲得的 產(chǎn)物經(jīng)洗滌、過(guò)濾、干燥后置于馬弗爐中，于氮?dú)鈿夥罩屑?00°C高溫下處理6h，得到膨脹石 墨產(chǎn)物溶于水或有機(jī)溶劑中，該有機(jī)溶劑為乙二醇(EG);超聲0.5h得到石墨烯分散液備用。
[0019] 2)硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備： 將微米級(jí)的高純硅粉(99.99%)與研磨球以質(zhì)量比50:1的比例置于研磨罐中；用真空 栗對(duì)體系抽真空后通入保護(hù)氣氛(氬氣或氮?dú)猓?，如此反?fù)操作三次;打開馬達(dá)啟動(dòng)攪拌保 證體系溫度-50~0 °C，馬達(dá)轉(zhuǎn)速為每分鐘5000轉(zhuǎn)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)攪拌桿，攪拌桿帶動(dòng)研磨球?qū)υ?料粉末進(jìn)行研磨粉碎;粉碎〇. lh后，加入碳粘結(jié)劑，繼續(xù)攪拌粉碎lh;隨后加入石墨烯的分 散液，所述石墨烯的分散液與高純硅粉的質(zhì)量比為20:1;繼續(xù)攪拌粉碎3h，最終得石墨烯-硅復(fù)合的導(dǎo)電漿料。
[0020] 實(shí)施例3 一種硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備方法，包括有如下步驟， 1)石墨的前處理： 將石墨置于由氧化劑和插層劑構(gòu)成的混合溶液中，在30°c下超聲攪拌處理3h，獲得的 產(chǎn)物經(jīng)洗滌、過(guò)濾、干燥后置于馬弗爐中，于氮?dú)鈿夥罩屑?00°C高溫下處理3h，得到膨脹石 墨產(chǎn)物溶于水或有機(jī)溶劑中，該有機(jī)溶劑為正丁醇、松油醇按體積比1:2混合而成；超聲 1.5h得到石墨烯分散液備用。
[0021] 2)硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備： 將微米級(jí)的高純硅粉(99.99%)與研磨球以質(zhì)量比20:1的比例置于研磨罐中；用真空 栗對(duì)體系抽真空后通入保護(hù)氣氛(氬氣或氮?dú)猓绱朔磸?fù)操作三次;打開馬達(dá)啟動(dòng)攪拌保 證體系溫度-50~0°C，馬達(dá)轉(zhuǎn)速為每分鐘2000轉(zhuǎn)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)攪拌桿，攪拌桿帶動(dòng)研磨球?qū)υ?料粉末進(jìn)行研磨粉碎;粉碎2h后，加入碳粘結(jié)劑，繼續(xù)攪拌粉碎0.8h;隨后加入石墨烯的分 散液，所述石墨烯的分散液與高純硅粉的質(zhì)量比為10:1;繼續(xù)攪拌粉碎2h，最終得石墨烯-硅復(fù)合的導(dǎo)電漿料。
[0022] 實(shí)施例4 一種硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備方法，包括有如下步驟， 1)石墨的前處理： 將石墨置于由氧化劑和插層劑構(gòu)成的混合溶液中，在40°c下超聲攪拌處理4h，獲得的 產(chǎn)物經(jīng)洗滌、過(guò)濾、干燥后置于馬弗爐中，于氮?dú)鈿夥罩屑?00°C高溫下處理4h，得到膨脹石 墨產(chǎn)物溶于水或有機(jī)溶劑中，該有機(jī)溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP);超聲1.3h得到石墨烯分 散液備用。
[0023] 2)硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備： 將微米級(jí)的高純硅粉(99.99%)與研磨球以質(zhì)量比30:1的比例置于研磨罐中；用真空 栗對(duì)體系抽真空后通入保護(hù)氣氛(氬氣或氮?dú)猓?，如此反?fù)操作三次;打開馬達(dá)啟動(dòng)攪拌保 證體系溫度-50~0°C，馬達(dá)轉(zhuǎn)速為每分鐘3000轉(zhuǎn)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)攪拌桿，攪拌桿帶動(dòng)研磨球?qū)υ?料粉末進(jìn)行研磨粉碎;粉碎3h后，加入碳粘結(jié)劑，繼續(xù)攪拌粉碎0.5h;隨后加入石墨烯的分 散液，所述石墨烯的分散液與高純硅粉的質(zhì)量比為16:1;繼續(xù)攪拌粉碎2h，最終得石墨烯- 硅復(fù)合的導(dǎo)電漿料。
[0024] 將硅-石墨烯導(dǎo)電漿料攪拌稀釋為均勻糊狀，涂覆到泡沫鎳上，形成負(fù)極片。極片 置于80°C的真空干燥箱中烘干、在壓片機(jī)上以lOMPa的壓力進(jìn)行壓片，再將極片放入120Γ 真空干燥箱中干燥12h。干燥后的極片轉(zhuǎn)移到手套箱中，以金屬鋰片作為對(duì)電極，在充滿干 燥氬氣的手套箱中組裝成模擬紐扣電池。隔膜為多孔聚丙烯膜，電解液為lmol/L的LiPF6溶 液，其中電解液溶劑為碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合溶劑。
[0025] 通過(guò)Land電池測(cè)試儀測(cè)試電池的在不同條件下的充放電性能。充放電電壓測(cè)試范 圍0~2V，循環(huán)次數(shù)100個(gè)循環(huán)。
[0026] 所制得的電池性能比較如下：
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍作任何限制，故凡 是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何細(xì)微修改、等同變化和修飾，均仍屬于 本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備方法，其特征在于:包括有如下步驟， 1) 石墨的前處理： 將石墨置于由氧化劑和插層劑構(gòu)成的混合溶液中，在20~60°C下超聲攪拌處理0.5~5h， 獲得的產(chǎn)物經(jīng)洗滌、過(guò)濾、干燥后置于馬弗爐中，于氮?dú)鈿夥罩屑?00~1200°C高溫下處理 0.1~6h，得到膨脹石墨產(chǎn)物溶于水或有機(jī)溶劑中，超聲0.5~2h得到石墨烯分散液備用； 2) 硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備： 將微米級(jí)的高純硅粉與研磨球以質(zhì)量比1~50:1的比例置于研磨罐中；用真空栗對(duì)體 系抽真空后通入保護(hù)氣氛，如此反復(fù)操作三次;打開馬達(dá)啟動(dòng)攪拌保證體系溫度-50~0°C， 馬達(dá)轉(zhuǎn)速為每分鐘100~5000轉(zhuǎn)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)攪拌桿，攪拌桿帶動(dòng)研磨球?qū)υ戏勰┻M(jìn)行研磨 粉碎;粉碎〇. 1~4h后，加入碳粘結(jié)劑，繼續(xù)攪拌粉碎0.1~lh;隨后加入石墨烯的分散液，繼續(xù) 攪拌粉碎0.1~3h，最終得石墨烯-硅復(fù)合的導(dǎo)電漿料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備方法，其特征在于:所述石 墨烯的分散液與高純硅粉的質(zhì)量比為1~20:1。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備方法，其特征在于:所述有 機(jī)溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP)、乙二醇(EG)、正丁醇、松油醇的一種或幾種。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備方法，其特征在于:所述研 磨罐中設(shè)置有高能球磨裝置，該高能球磨裝置包括馬達(dá)、研磨筒、功能輔助組件、循環(huán)冷卻 裝置、氣氛保護(hù)組件、支架組成;所述研磨筒包括攪拌桿、研磨盤、物料和研磨介質(zhì)加入口、 過(guò)濾和分離裝置、出料口和研磨球;所述研磨筒上設(shè)有循環(huán)冷卻裝置，具體包括循環(huán)冷卻外 套、冷卻液入口和冷卻液出口。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備方法，其特征在于:所述功 能輔助組件可為微波發(fā)生裝置、超聲發(fā)生器、放電裝置、磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的一種或幾種。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種硅-石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備方法，其特征在于:所述研 磨筒上設(shè)氣氛保護(hù)組件，包括保護(hù)氣入口、保護(hù)氣出口和抽真空設(shè)備。
【文檔編號(hào)】H01M4/38GK106025202SQ201610352073
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月25日
【發(fā)明人】李芳 , 趙東輝, 宋宏芳, 戴濤, 周鵬偉
【申請(qǐng)人】福建翔豐華新能源材料有限公司