一种纳米石墨颗粒复合材料的制备方法与流程

本发明涉及纳米复合材料领域，具体为一种纳米石墨颗粒复合材料的制备方法。

背景技术：

1、纳米石墨粉是石墨经过超细微粉碎机粉碎成石墨粉颗粒，石墨粉颗粒通过纳米级筛网的石墨粉就是纳米石墨粉。纳米石墨粉粒径达到了纳米级。纳米石墨通过特殊工艺方法制备，纯度高，粒度小均匀，表面活性高，可以充分地应用涂料、树脂中，经过表面处理的纳米石墨，可以很好的解决分散性问题，克服纳米粉体团聚现象。纳米石墨粉用于高润滑、高导电性能、高吸附性及催化性能、化工行业、钢铁润滑、航天航空、润滑油等领域。粒度指标：d100<1000nm,d50<400nm，含碳量(98-99-99.9-99.99％)。纳米石墨在金属表面形成化学键合的坚韧的几乎不可磨损的纳米石墨，在润滑油中悬浮着极大数量的纳米石墨，降阻减摩、密封自润滑、也可用于摩托、机车、船舶，是理想的固体润滑材料。

2、目前，纳米复合材料其中一个领域的应用是锂离子电池。锂离子电池因其能量密度高、循环稳定等特点，已在移动电子设备、电动汽车和大规模储能等领域取得了越来越广泛的应用。但目前锂离子电池的痛点之一是低温性能差，随着温度降低，容量衰减严重，并伴随析锂的安全隐患。硅基负极材料以其高比容量、自然资源丰富和低电压平台成为下一代锂离子电池负极材料的理想选择。然而，硅基负极材料膨胀率高、导电性偏差，在充电过程，材料的体积膨胀会破坏电极活性层的整体结构，因此制约了硅基负极材料的广泛应用。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种纳米石墨颗粒复合材料的制备方法，已解决背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种纳米石墨颗粒复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：s1.制备纳米石墨颗粒；s2.对纳米石墨颗粒进行包覆改性，得到磷包覆石墨颗粒；s3.对氧化亚硅颗粒进行筛分，得到所需粒径的氧化亚硅颗粒；s4.对s3筛分出的氧化亚硅颗粒进行包覆改性，得到碳包覆氧化亚硅；s5.将s2得到的磷包覆石墨颗粒与所述碳包覆氧化亚硅混合，制备纳米石墨颗粒复合材料。

3、作为优选的技术方案，纳米石墨颗粒的制备方法为：s11.将天然石墨、浓h2so4、k2mo4溶液和去离子水混合，然后在搅拌条件下反应，再对反应得到的产物进行水洗，洗至ph为5～7，将水洗产物在60℃下干燥18-30h，得到可膨胀石墨；s12.将可膨胀石墨400-800℃加热30～60s，得到膨胀石墨；s13.将膨胀石墨加入到纯乙醇中制备膨胀石墨悬浮液，将膨胀石墨悬浮液放置7-12h，待石墨悬浮液稳定无变化后，然后使用超声设备对悬浮液进行振荡得到纳米石墨悬浮液；s14.对纳米石墨悬浮液进行过滤，并在空气中干燥去除残夜，得到纳米石墨。

4、作为优选的技术方案，所述的步骤s11中，天然石墨粒径为40～60目，天然石墨与浓h2so4、k2mo4溶液、去离子水的质量体积比为10g/l，浓h2so4、k2mo4溶液、去离子水的体积比为6:9:8，搅拌条件下反应时间为70-100min。

5、作为优选的技术方案，所述的步骤s12中，可膨胀石墨在马弗炉中加热。

6、作为优选的技术方案，所述的步骤s13中，膨胀石墨与乙醇水溶液的质量比为1:30-1:60，乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为80:40-60:20，超声功率100-150w，超声震荡时间为2-10h；3～9h，纳米石墨的粒径为30-90nm。

7、作为优选的技术方案，所述的步骤s14中，所述的浓h2so4的质量浓度为95％-99％，k2mo4溶液的质量浓度为8-12％。

8、作为优选的技术方案，所述步骤s2中，将石墨颗粒与磷粉混合投入高能球磨机内进行处理，使得磷物理吸附包覆在石墨颗粒表面。

9、作为优选的技术方案，所述步骤s2中，所述磷包覆石墨颗粒制备中，所采用的磷为黑鳞。

10、作为优选的技术方案，所述步骤s4中，所述氧化亚硅采用气相化学沉积法进行改性。

11、作为优选的技术方案，所述氧化亚硅颗粒与磷包覆石墨颗粒的所需粒径比为1:4-1:40。

12、与现有技术相比，本发明提供了一种纳米石墨颗粒复合材料的制备方法，具备以下有益效果：

13、1.本发明通过磷包覆石墨颗粒与碳包覆氧化亚硅颗粒的融合，使得纳米石墨颗粒复合材料有效的缓解材料在充放电循环过程中的体积膨胀，保证了电池的倍率性能和循环性能。使用高能球磨机可使得石墨和黑磷形成稳定的p-c共嵌入。

14、2.本发明通过石墨颗粒与黑磷粉末形成复合材料既可以提升负极材料的容量也可以提高材料的倍率性能，黑磷的高导电率甚于石墨，因此将黑磷与石墨复合制备的负极材料能达到更优异的导电性能。

15、3.本发明同时为氧化亚硅体积膨胀提供了膨胀空间，降低负极复合材料的膨胀率，同时在氧化亚硅表面形成碳包覆层，提高了负极复合材料导电性。

技术特征：

1.一种纳米石墨颗粒复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：s1.制备纳米石墨颗粒；s2.对纳米石墨颗粒进行包覆改性，得到磷包覆石墨颗粒；s3.对氧化亚硅颗粒进行筛分，得到所需粒径的氧化亚硅颗粒；s4.对s3筛分出的氧化亚硅颗粒进行包覆改性，得到碳包覆氧化亚硅；s5.将s2得到的磷包覆石墨颗粒与所述碳包覆氧化亚硅混合，制备纳米石墨颗粒复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种纳米石墨颗粒复合材料的制备方法，其特征在于：s1中，纳米石墨颗粒的制备方法为：s11.将天然石墨、浓h2so4、k2mo4溶液和去离子水混合，然后在搅拌条件下反应，再对反应得到的产物进行水洗，洗至ph为5～7，将水洗产物在60℃下干燥18-30h，得到可膨胀石墨；s12.将可膨胀石墨400-800℃加热30～60s，得到膨胀石墨；s13.将膨胀石墨加入到纯乙醇中制备膨胀石墨悬浮液，将膨胀石墨悬浮液放置7-12h，待石墨悬浮液稳定无变化后，然后使用超声设备对悬浮液进行振荡得到纳米石墨悬浮液；s14.对纳米石墨悬浮液进行过滤，并在空气中干燥去除残夜，得到纳米石墨。

3.根据权利要求2所述的一种纳米石墨颗粒复合材料的制备方法，其特征在于：s11中，天然石墨粒径为40～60目，天然石墨与浓h2so4、k2mo4溶液、去离子水的质量体积比为10g/l，浓h2so4、k2mo4溶液、去离子水的体积比为6:9:8，搅拌条件下反应时间为70-100min。

4.根据权利要求2所述的一种纳米石墨颗粒复合材料的制备方法，其特征在于：s12中，可膨胀石墨在马弗炉中加热。

5.根据权利要求2所述的一种纳米石墨颗粒复合材料的制备方法，其特征在于：s13中，膨胀石墨与乙醇水溶液的质量比为1:30-1:60，乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为80:40-60:20，超声功率100-150w，超声震荡时间为2-10h；3～9h，纳米石墨的粒径为30-90nm。

6.根据权利要求2所述的一种纳米石墨颗粒复合材料的制备方法，其特征在于：s14中，所述的浓h2so4的质量浓度为95％-99％，k2mo4溶液的质量浓度为8-12％。

7.根据权利要求1所述的一种纳米石墨颗粒复合材料的制备方法，其特征在于：s2中，将石墨颗粒与磷粉混合投入高能球磨机内进行处理，使得磷物理吸附包覆在石墨颗粒表面。

8.根据权利要求1所述的一种纳米石墨颗粒复合材料的制备方法，其特征在于：s2中，所述磷包覆石墨颗粒制备中，所采用的磷为黑鳞。

9.根据权利要求1所述的一种纳米石墨颗粒复合材料的制备方法，其特征在于：s4中，所述氧化亚硅采用气相化学沉积法进行改性。

10.根据权利要求1所述的一种纳米石墨颗粒复合材料的制备方法，其特征在于：所述氧化亚硅颗粒与磷包覆石墨颗粒的所需粒径比为1:4-1:40。

技术总结
本发明涉及纳米复合材料领域，尤其涉及一种纳米石墨颗粒复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1.制备纳米石墨颗粒；S2.对纳米石墨颗粒进行包覆改性，得到磷包覆石墨颗粒；S3.对氧化亚硅颗粒进行筛分，得到所需粒径的氧化亚硅颗粒；S4.对S3筛分出的氧化亚硅颗粒进行包覆改性，得到碳包覆氧化亚硅；S5.将S2得到的磷包覆石墨颗粒与所述碳包覆氧化亚硅混合，制备纳米石墨颗粒复合材料。该复合材料可有效缓解材料在充放电循环过程中的体积膨胀，保证了电池的倍率性能和循环性能。

技术研发人员：张世忠,柏鸣
受保护的技术使用者：华创电子材料（盐城）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14