一種銀錫合金複合石墨烯電極材料及其製備方法與流程
2023-06-02 00:19:56
本發明涉及電極材料
技術領域：
，特別涉及一種銀錫合金複合石墨烯電極材料及其製備方法。
背景技術：
：石墨烯是由sp2雜化的碳原子通過共價鍵形成的蜂巢狀二維平面結構，被認為是其他各維碳材料的基本結構單位。由於其獨特的結構，石墨烯展現出一系列優異的物理化學性質，如超高的力學強度（1060GPa），突出的導熱性和導電性，高速的電子遷移率（室溫下15000cm2/(V·s)）及巨大的比表面積（理論計算為2600m2/g），使其在能量轉化儲存、場效應電晶體、納米複合材料和高靈敏度傳感器等領域中發揮巨大的作用。尤其是利用石墨烯的力學和電化學特性及其巨大的比表面積，已引起了研究者越來越廣泛的關注。作為目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為「黑金」，是「新材料之王」，科學家甚至預言石墨烯將「徹底改變21世紀」。極有可能掀起一場席捲全球的顛覆性新技術新產業革命。所以本項目旨在研製出一款銀錫合金複合石墨烯電極材料，應用石墨烯的優良電化學特性來滿足電極材料行業的需求和發展。技術實現要素：為解決上述技術問題，本發明提供一種銀錫合金複合石墨烯電極材料及其製備方法，通過採用特定原料進行組合，配合相應的生產工藝，得到的銀錫合金複合石墨烯電極材料，其性能可靠,導電率高，電化性能好，對環境無汙染，能夠滿足行業的要求，具有較好的應用前景。本發明的目的可以通過以下技術方案實現：銀錫合金複合石墨烯電極材料，由下列重量份的原料製成：石墨烯35-50份、銀錫合金5-15份、聚偏二氟乙烯3-7份、二甘醇5-12份、聚氧乙烯月桂醚2-4份、膽酸鈉2-4份、丙烯酸甲酯4-9份、二甲基矽油3-7份、鈦酸酯2-3份、硫酸鋁鉀2-5份、氫氧化鈣3-8份、碳酸鋰4-8份、五氧化二釩1-2份、過硫酸銨2-4份、三氟化鐵1-2份、偏矽酸鈉2-4份、三甲基丙銨雙三氟甲磺醯亞胺鹽2-5份、分散劑4-7份、矽烷偶聯劑3-6份、膠黏劑3-8份。優選地，所述分散劑選自N-甲基-2-吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基苯磺酸鈉、木質素磺酸鈉中的一種或幾種。優選地，所述矽烷偶聯劑選自乙烯基三乙氧基矽烷、3-氨丙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基矽烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基矽烷中的一種或幾種。優選的，所述膠黏劑選自二甲基三苯基甲烷四異氰酸酯、羧甲基纖維素鈉、丁腈-酚醛樹脂、聚氨酯膠中的一種或幾種。所述的銀錫合金複合石墨烯電極材料的製備方法，包括以下步驟：（1）按照重量份稱取各原料；（2）將石墨烯加入濃硫酸中氧化，得到氧化石墨烯類材料，並經過超聲分散於分散劑中，同時加入聚偏二氟乙烯、二甘醇、聚氧乙烯月桂醚、膽酸鈉，得到石墨烯懸浮液，超聲功率為300-350W，超聲時間為3-6小時；（3）將丙烯酸甲酯、二甲基矽油、鈦酸酯、硫酸鋁鉀、氫氧化鈣、碳酸鋰、五氧化二釩、過硫酸銨、三氟化鐵、偏矽酸鈉、三甲基丙銨雙三氟甲磺醯亞胺鹽加入攪拌機中，攪拌均勻，攪拌轉速100-150轉/分鐘，在攪拌狀態下用0.2mol/L的氨水調節pH值至2.5-3之間，攪拌時間為30-60分鐘；（4）將步驟（2）的氧化石墨烯材料和步驟（3）的攪拌混合物投入密煉機中，加入銀錫合金、矽烷偶聯劑、膠黏劑，在還原性氣體氛圍中混煉1-3小時，轉速200-300轉/分鐘，反應溫度為360-420℃，然後冷卻至100℃，得到密煉混合物；（5）將上述密煉混合物注入噴霧乾燥機，乾燥成粉，噴霧乾燥機進風溫度為220℃，出風溫度160℃，恆流泵轉度為82轉/分鐘；（6）將噴霧乾燥機噴出的物料注入馬弗爐中，均勻塗覆在經過處理的電極上，馬弗爐預設溫度500℃，加入物料後降溫至360℃，加壓至0.5-2Mpa,同時緩慢充入還原性氣體保護，塗覆以後的成品在還原性氣體中保溫3-5小時，降至室溫即得成品。優選地，所述步驟（4）和步驟（6）中，還原性氣體氛圍為氮氣氣體氛圍。本發明與現有技術相比，其有益效果為：（1）本發明的銀錫合金複合石墨烯電極材料以石墨烯、銀錫合金、丙烯酸甲酯、二甲基矽油、鈦酸酯、硫酸鋁鉀、氫氧化鈣、碳酸鋰、五氧化二釩、過硫酸銨、三氟化鐵、偏矽酸鈉、三甲基丙銨雙三氟甲磺醯亞胺鹽為主要成分，通過加入聚偏二氟乙烯、二甘醇、聚氧乙烯月桂醚、膽酸鈉、分散劑、矽烷偶聯劑、膠黏劑，輔以超聲分散、攪拌密煉、惰性氣體環境混煉、噴霧乾燥、物料塗覆電極等工藝，使得製備而成的銀錫合金複合石墨烯電極材料，其性能可靠,導電率高，電化性能好，對環境無汙染，能夠滿足行業的要求，具有較好的應用前景。（2）本發明的銀錫合金複合石墨烯電極材料原料易得、工藝簡單，適於大規模工業化運用，實用性強。具體實施方式下面結合具體實施例對發明的技術方案進行詳細說明。實施例1（1）按照重量份稱取石墨烯35份、銀錫合金5份、聚偏二氟乙烯3份、二甘醇5份、聚氧乙烯月桂醚2份、膽酸鈉2份、丙烯酸甲酯4份、二甲基矽油3份、鈦酸酯2份、硫酸鋁鉀2份、氫氧化鈣3份、碳酸鋰4份、五氧化二釩1份、過硫酸銨2份、三氟化鐵1份、偏矽酸鈉2份、三甲基丙銨雙三氟甲磺醯亞胺鹽2份、N-甲基-2-吡咯烷酮4份、乙烯基三乙氧基矽烷3份、二甲基三苯基甲烷四異氰酸酯3份；（2）將石墨烯加入濃硫酸中氧化，得到氧化石墨烯類材料，並經過超聲分散於N-甲基-2-吡咯烷酮中，同時加入聚偏二氟乙烯、二甘醇、聚氧乙烯月桂醚、膽酸鈉，得到石墨烯懸浮液，超聲功率為300W，超聲時間為3小時；（3）將丙烯酸甲酯、二甲基矽油、鈦酸酯、硫酸鋁鉀、氫氧化鈣、碳酸鋰、五氧化二釩、過硫酸銨、三氟化鐵、偏矽酸鈉、三甲基丙銨雙三氟甲磺醯亞胺鹽加入攪拌機中，攪拌均勻，攪拌轉速100轉/分鐘，在攪拌狀態下用0.2mol/L的氨水調節pH值至2.5之間，攪拌時間為30分鐘；（4）將步驟（2）的氧化石墨烯材料和步驟（3）的攪拌混合物投入密煉機中，加入銀錫合金、乙烯基三乙氧基矽烷、二甲基三苯基甲烷四異氰酸酯，在氮氣氛圍中混煉1小時，轉速200轉/分鐘，反應溫度為360℃，然後冷卻至100℃，得到密煉混合物；（5）將上述密煉混合物注入噴霧乾燥機，乾燥成粉，噴霧乾燥機進風溫度為220℃，出風溫度160℃，恆流泵轉度為82轉/分鐘；（6）將噴霧乾燥機噴出的物料注入馬弗爐中，均勻塗覆在經過處理的電極上，馬弗爐預設溫度500℃，加入物料後降溫至360℃，加壓至0.5Mpa,同時緩慢充入氮氣保護，塗覆以後的成品在氮氣氛圍中保溫3小時，降至室溫即得成品。製得的銀錫合金複合石墨烯電極材料測試結果如表1所示。實施例2（1）按照重量份稱取石墨烯40份、銀錫合金8份、聚偏二氟乙烯4份、二甘醇7份、聚氧乙烯月桂醚3份、膽酸鈉2份、丙烯酸甲酯5份、二甲基矽油4份、鈦酸酯2份、硫酸鋁鉀3份、氫氧化鈣4份、碳酸鋰5份、五氧化二釩1份、過硫酸銨2份、三氟化鐵1份、偏矽酸鈉2份、三甲基丙銨雙三氟甲磺醯亞胺鹽3份、二甲基三苯基甲烷四異氰酸酯5份、3-氨丙基三甲氧基矽烷4份、羧甲基纖維素鈉5份；（2）將石墨烯加入濃硫酸中氧化，得到氧化石墨烯類材料，並經過超聲分散於二甲基三苯基甲烷四異氰酸酯中，同時加入聚偏二氟乙烯、二甘醇、聚氧乙烯月桂醚、膽酸鈉，得到石墨烯懸浮液，超聲功率為320W，超聲時間為4小時；（3）將丙烯酸甲酯、二甲基矽油、鈦酸酯、硫酸鋁鉀、氫氧化鈣、碳酸鋰、五氧化二釩、過硫酸銨、三氟化鐵、偏矽酸鈉、三甲基丙銨雙三氟甲磺醯亞胺鹽加入攪拌機中，攪拌均勻，攪拌轉速120轉/分鐘，在攪拌狀態下用0.2mol/L的氨水調節pH值至2.7之間，攪拌時間為40分鐘；（4）將步驟（2）的氧化石墨烯材料和步驟（3）的攪拌混合物投入密煉機中，加入銀錫合金、3-氨丙基三甲氧基矽烷、羧甲基纖維素鈉，在氮氣氛圍中混煉1.5小時，轉速240轉/分鐘，反應溫度為380℃，然後冷卻至100℃，得到密煉混合物；（5）將上述密煉混合物注入噴霧乾燥機，乾燥成粉，噴霧乾燥機進風溫度為220℃，出風溫度160℃，恆流泵轉度為82轉/分鐘；（6）將噴霧乾燥機噴出的物料注入馬弗爐中，均勻塗覆在經過處理的電極上，馬弗爐預設溫度500℃，加入物料後降溫至360℃，加壓至1Mpa,同時緩慢充入氮氣保護，塗覆以後的成品在氮氣氛圍中保溫3.5小時，降至室溫即得成品。製得的銀錫合金複合石墨烯電極材料測試結果如表1所示。實施例3（1）按照重量份稱取石墨烯45份、銀錫合金12份、聚偏二氟乙烯6份、二甘醇10份、聚氧乙烯月桂醚3份、膽酸鈉3份、丙烯酸甲酯7份、二甲基矽油6份、鈦酸酯3份、硫酸鋁鉀4份、氫氧化鈣7份、碳酸鋰6份、五氧化二釩2份、過硫酸銨3份、三氟化鐵2份、偏矽酸鈉3份、三甲基丙銨雙三氟甲磺醯亞胺鹽4份、十二烷基苯磺酸鈉6份、3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基矽烷5份、丁腈-酚醛樹脂7份；（2）將石墨烯加入濃硫酸中氧化，得到氧化石墨烯類材料，並經過超聲分散於十二烷基苯磺酸鈉中，同時加入聚偏二氟乙烯、二甘醇、聚氧乙烯月桂醚、膽酸鈉，得到石墨烯懸浮液，超聲功率為340W，超聲時間為5小時；（3）將丙烯酸甲酯、二甲基矽油、鈦酸酯、硫酸鋁鉀、氫氧化鈣、碳酸鋰、五氧化二釩、過硫酸銨、三氟化鐵、偏矽酸鈉、三甲基丙銨雙三氟甲磺醯亞胺鹽加入攪拌機中，攪拌均勻，攪拌轉速140轉/分鐘，在攪拌狀態下用0.2mol/L的氨水調節pH值至2.9之間，攪拌時間為50分鐘；（4）將步驟（2）的氧化石墨烯材料和步驟（3）的攪拌混合物投入密煉機中，加入銀錫合金、3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基矽烷、丁腈-酚醛樹脂，在氮氣氛圍中混煉2小時，轉速280轉/分鐘，反應溫度為400℃，然後冷卻至100℃，得到密煉混合物；（5）將上述密煉混合物注入噴霧乾燥機，乾燥成粉，噴霧乾燥機進風溫度為220℃，出風溫度160℃，恆流泵轉度為82轉/分鐘；（6）將噴霧乾燥機噴出的物料注入馬弗爐中，均勻塗覆在經過處理的電極上，馬弗爐預設溫度500℃，加入物料後降溫至360℃，加壓至1.5Mpa,同時緩慢充入氮氣保護，塗覆以後的成品在氮氣氛圍中保溫4.5小時，降至室溫即得成品。製得的銀錫合金複合石墨烯電極材料測試結果如表1所示。實施例4（1）按照重量份稱取石墨烯50份、銀錫合金15份、聚偏二氟乙烯7份、二甘醇12份、聚氧乙烯月桂醚4份、膽酸鈉4份、丙烯酸甲酯9份、二甲基矽油7份、鈦酸酯3份、硫酸鋁鉀5份、氫氧化鈣8份、碳酸鋰8份、五氧化二釩2份、過硫酸銨4份、三氟化鐵2份、偏矽酸鈉4份、三甲基丙銨雙三氟甲磺醯亞胺鹽5份、木質素磺酸鈉7份、γ-氨丙基甲基二乙氧基矽烷6份、聚氨酯膠8份；（2）將石墨烯加入濃硫酸中氧化，得到氧化石墨烯類材料，並經過超聲分散於木質素磺酸鈉中，同時加入聚偏二氟乙烯、二甘醇、聚氧乙烯月桂醚、膽酸鈉，得到石墨烯懸浮液，超聲功率為350W，超聲時間為6小時；（3）將丙烯酸甲酯、二甲基矽油、鈦酸酯、硫酸鋁鉀、氫氧化鈣、碳酸鋰、五氧化二釩、過硫酸銨、三氟化鐵、偏矽酸鈉、三甲基丙銨雙三氟甲磺醯亞胺鹽加入攪拌機中，攪拌均勻，攪拌轉速150轉/分鐘，在攪拌狀態下用0.2mol/L的氨水調節pH值至3之間，攪拌時間為60分鐘；（4）將步驟（2）的氧化石墨烯材料和步驟（3）的攪拌混合物投入密煉機中，加入銀錫合金、γ-氨丙基甲基二乙氧基矽烷、聚氨酯膠，在氮氣氛圍中混煉3小時，轉速300轉/分鐘，反應溫度為420℃，然後冷卻至100℃，得到密煉混合物；（5）將上述密煉混合物注入噴霧乾燥機，乾燥成粉，噴霧乾燥機進風溫度為220℃，出風溫度160℃，恆流泵轉度為82轉/分鐘；（6）將噴霧乾燥機噴出的物料注入馬弗爐中，均勻塗覆在經過處理的電極上，馬弗爐預設溫度500℃，加入物料後降溫至360℃，加壓至2Mpa,同時緩慢充入氮氣保護，塗覆以後的成品在氮氣氛圍中保溫5小時，降至室溫即得成品。製得的銀錫合金複合石墨烯電極材料測試結果如表1所示。對比例1（1）按照重量份稱取石墨烯35份、銀錫合金5份、二甘醇5份、聚氧乙烯月桂醚2份、膽酸鈉2份、丙烯酸甲酯4份、二甲基矽油3份、鈦酸酯2份、硫酸鋁鉀2份、氫氧化鈣3份、過硫酸銨2份、三氟化鐵1份、偏矽酸鈉2份、三甲基丙銨雙三氟甲磺醯亞胺鹽2份、N-甲基-2-吡咯烷酮4份、乙烯基三乙氧基矽烷3份、二甲基三苯基甲烷四異氰酸酯3份；（2）將石墨烯加入濃硫酸中氧化，得到氧化石墨烯類材料，並經過超聲分散於N-甲基-2-吡咯烷酮中，同時加入二甘醇、聚氧乙烯月桂醚、膽酸鈉，得到石墨烯懸浮液，超聲功率為300W，超聲時間為3小時；（3）將丙烯酸甲酯、二甲基矽油、鈦酸酯、硫酸鋁鉀、氫氧化鈣、過硫酸銨、三氟化鐵、偏矽酸鈉、三甲基丙銨雙三氟甲磺醯亞胺鹽加入攪拌機中，攪拌均勻，攪拌轉速100轉/分鐘，在攪拌狀態下用0.2mol/L的氨水調節pH值至2.5之間，攪拌時間為30分鐘；（4）將步驟（2）的氧化石墨烯材料和步驟（3）的攪拌混合物投入密煉機中，加入銀錫合金、乙烯基三乙氧基矽烷、二甲基三苯基甲烷四異氰酸酯，在氮氣氛圍中混煉1小時，轉速200轉/分鐘，反應溫度為360℃，然後冷卻至100℃，得到密煉混合物；（5）將上述密煉混合物注入噴霧乾燥機，乾燥成粉，噴霧乾燥機進風溫度為220℃，出風溫度160℃，恆流泵轉度為82轉/分鐘；（6）將噴霧乾燥機噴出的物料注入馬弗爐中，均勻塗覆在經過處理的電極上，馬弗爐預設溫度500℃，加入物料後降溫至360℃，加壓至0.5Mpa,同時緩慢充入氮氣保護，塗覆以後的成品在氮氣氛圍中保溫3小時，降至室溫即得成品。製得的銀錫合金複合石墨烯電極材料測試結果如表1所示。對比例2（1）按照重量份稱取石墨烯50份、銀錫合金15份、聚偏二氟乙烯7份、二甘醇12份、聚氧乙烯月桂醚4份、丙烯酸甲酯9份、硫酸鋁鉀5份、氫氧化鈣8份、碳酸鋰8份、五氧化二釩2份、過硫酸銨4份、三氟化鐵2份、偏矽酸鈉4份、三甲基丙銨雙三氟甲磺醯亞胺鹽5份、木質素磺酸鈉7份、γ-氨丙基甲基二乙氧基矽烷6份、聚氨酯膠8份；（2）將石墨烯加入濃硫酸中氧化，得到氧化石墨烯類材料，並經過超聲分散於木質素磺酸鈉中，同時加入聚偏二氟乙烯、二甘醇、聚氧乙烯月桂醚，得到石墨烯懸浮液，超聲功率為350W，超聲時間為6小時；（3）將丙烯酸甲酯、硫酸鋁鉀、氫氧化鈣、碳酸鋰、五氧化二釩、過硫酸銨、三氟化鐵、偏矽酸鈉、三甲基丙銨雙三氟甲磺醯亞胺鹽加入攪拌機中，攪拌均勻，攪拌轉速150轉/分鐘，在攪拌狀態下用0.2mol/L的氨水調節pH值至3之間，攪拌時間為60分鐘；（4）將步驟（2）的氧化石墨烯材料和步驟（3）的攪拌混合物投入密煉機中，加入銀錫合金、γ-氨丙基甲基二乙氧基矽烷、聚氨酯膠，在氮氣氛圍中混煉3小時，轉速300轉/分鐘，反應溫度為420℃，然後冷卻至100℃，得到密煉混合物；（5）將上述密煉混合物注入噴霧乾燥機，乾燥成粉，噴霧乾燥機進風溫度為220℃，出風溫度160℃，恆流泵轉度為82轉/分鐘；（6）將噴霧乾燥機噴出的物料注入馬弗爐中，均勻塗覆在經過處理的電極上，馬弗爐預設溫度500℃，加入物料後降溫至360℃，加壓至2Mpa,同時緩慢充入氮氣保護，塗覆以後的成品在氮氣氛圍中保溫5小時，降至室溫即得成品。製得的銀錫合金複合石墨烯電極材料測試結果如表1所示。將實施例1-4和對比例1-2的銀錫合金複合石墨烯電極材料分別進行內阻、比電容、容量、10C300次循環容量保持率這幾項性能測試。表1 內阻（Ω.m）比電容（F/g)容量（F）10C300次循環容量保持率%實施例11.5180.31.696.4實施例21.6179.31.796.7實施例31.4178.31.697.2實施例41.5182.21.796.4對比例12.9119.21.174.0對比例22.6114.31.077.5本發明的銀錫合金複合石墨烯電極材料以石墨烯、銀錫合金、丙烯酸甲酯、二甲基矽油、鈦酸酯、硫酸鋁鉀、氫氧化鈣、碳酸鋰、五氧化二釩、過硫酸銨、三氟化鐵、偏矽酸鈉、三甲基丙銨雙三氟甲磺醯亞胺鹽為主要成分，通過加入聚偏二氟乙烯、二甘醇、聚氧乙烯月桂醚、膽酸鈉、分散劑、矽烷偶聯劑、膠黏劑，輔以超聲分散、攪拌密煉、惰性氣體環境混煉、噴霧乾燥、物料塗覆電極等工藝，使得製備而成的銀錫合金複合石墨烯電極材料，其性能可靠,導電率高，電化性能好，對環境無汙染，能夠滿足行業的要求，具有較好的應用前景。本發明的銀錫合金複合石墨烯電極材料原料易得、工藝簡單，適於大規模工業化運用，實用性強。以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的
技術領域：
，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。當前第1頁1 2 3