CN105514355A - SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极、其制备方法和制备装置 - Google Patents

SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极、其制备方法和制备装置 Download PDF

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Abstract

公开了一种SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极、其制备方法和制备装置。该电极中，SiO2、石墨、碳纤维的质量百份含量分别为：SiO2≥40％，2％≤碳纤维≤15％，其余为石墨。该制备方法和制备装置通过称取固形物、水：其中，固形物包括SiO2、石墨、碳纤维，其中，在固形物中，SiO2、石墨、碳纤维的质量百分含量分别为：SiO2≥40％，2％≤碳纤维≤15％，其余为石墨；水的质量与SiO2的质量比的取值范围为(3∶1)～(6∶1)；将固形物与水混合在一起，得到固形物与水的混合物；烘干固形物与水的混合物，得到第一中间产物；粉碎第一中间产物，得到第二中间产物；压制成型第二中间产物，得到该电极。该电极组分间具有良好的连接，能够提升硅基负极材料的循环稳定性。

Description

SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极、其制备方法和制备装置
技术领域
本发明涉及多孔电极技术领域，特别是涉及一种SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极、其制备方法和制备装置。
背景技术
硅(Si)兼具高比容量(3579mAh/g(Li15Si4))和低脱锂电位(～370mVvs.Li/Li+)，环保无毒且含量丰富，是一种极具潜力的高比容量负极材料。然而，充放电过程中巨大的应力和体积变化导致硅自身结构不稳定，使硅极易与集流体失去电连接，导致其比容量会随着充放电次数增加而很快衰减，循环性能较差。研究表明，将纳米硅与其他导电介质相结合可以提升硅与集流体的电连接，从而提升硅的循环性能和使用寿命(AcsNano,2010,4,2233.)。石墨作为当前商用主流锂离子电池的负极材料，不仅导电性良好而且具备一定的电化学容量。已有文献证实，硅与石墨组成的复合材料表现出较高的电化学容量和循环稳定性(Chem.Commun.,2015,51,8429.)。气相法生长的碳纤维，由于特殊的纤维状结构有利于建立三维的导电网络，近年来作为新型的导电添加剂常被用于锂离子电池。将石墨和碳纤维加入硅中并使它们与硅良好的结合，有利于提升硅的循环稳定性。
然而，目前硅基负极材料中，石墨和碳纤维等导电材料往往只是通过物理吸附、静电吸引等作用结合在一起，互相之间的电连接难以保证。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极、其制备方法和制备装置，从而更加适于实用。
为了达到上述第一个目的，本发明提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的技术方案如下：
本发明提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极中，所述SiO2、石墨、碳纤维的质量百份含量分别为：SiO2≥40％，2％≤碳纤维≤15％，其余为石墨。
本发明提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极还可采用以下技术措施进一步实现。
作为优选，所述SiO2的粒径取值范围为10～100μm。
作为优选，所述碳纤维的直径≤500nm，所述碳纤维长度的取值范围为1～20μm。
作为优选，所述碳纤维为气相生长法制得的碳纤维。
作为优选，所述石墨为经过表面处理的石墨；
所述石墨表面处理方法包括以下步骤：
将石墨置于含有氧气的气氛中，对石墨进行高温氧化处理；
通过控制氧气浓度、反应温度、反应时间得到所述经过表面处理的石墨。
作为优选，所述对石墨进行高温氧化处理的方法包括以下步骤：
升温至一设定的温度；
在所述设定的温度条件下恒温设定的时间；
停止加热并应用惰性气体置换所述含有氧气的气氛，直至所述石墨的温度降低室温。
作为优选，所述经过表面处理的石墨的表面形貌选自阶梯状、锯齿状、孔洞状中的一种。
作为优选，所述含有氧气的气氛中氧气的体积分数的取值范围为1％～100％。
作为优选，所述反应温度的取值范围为500℃～800℃。
作为优选，所述反应温度的取值范围为550℃～700℃。
为了达到上述第二个目的，本发明提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备方法的技术方案如下：
本发明提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备方法包括以下步骤：
称取固形物、水：其中，所述固形物包括SiO2、石墨、碳纤维，其中，在所述固形物中，SiO2、石墨、碳纤维的质量百分含量分别为：SiO2≥40％，2％≤碳纤维≤15％，其余为石墨；所述水的质量与所述SiO2的质量比的取值范围为(3∶1)～(6∶1)；
将所述固形物与所述水混合在一起，得到所述固形物与水的混合物；
烘干所述固形物与水的混合物，得到第一中间产物；
粉碎所述第一中间产物，得到第二中间产物；
压制成型所述第二中间产物，得到所述SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极。
本发明提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备方法还可采用以下技术措施进一步实现。
作为优选，所述水为去离子水。
作为优选，将所述固形物与水混合在一起，得到所述固形物与水的混合物包括以下步骤：
将所述碳纤维分散至所述水中，得到水-碳纤维的混合物；
将所述SiO2加入到所述水-碳纤维的混合物中，得到水-碳纤维-SiO2的混合物；
将所述石墨加入到所述水-碳纤维-SiO2的混合物中，得到水-碳纤维-SiO2-石墨混合物。
作为优选，将所述碳纤维分散至所述水中，得到水-碳纤维的混合物包括以下步骤：
将所述水和碳纤维加入到一容器中，
搅拌处于所述容器中的水和碳纤维。
作为优选，将所述SiO2加入到所述水-碳纤维的混合物中，得到水-碳纤维-SiO2的混合物包括以下步骤：
将所述SiO2分成若干份；
每次向所述水-碳纤维的混合物中只加入其中的一份SiO2并搅拌，直至所述SiO2被全部加入到所述水-碳纤维的混合物中，得到所述水-碳纤维-SiO2的混合物。
作为优选，每次向所述水-碳纤维的混合物中只加入其中的一份SiO2并搅拌时，所述搅拌为搅拌，所述搅拌的结果是，使得每份所述SiO2无干粉。
作为优选，得到所述水-碳纤维-SiO2的混合物后，还包括以下步骤：
搅拌所述水-碳纤维-SiO2的混合物，得到所述水-碳纤维-SiO2混合物的膏状物。
作为优选，所述搅拌持续的时间的取值范围为1h～2h。
作为优选，将所述石墨加入到所述水-碳纤维-SiO2的混合物中，得到水-碳纤维-SiO2-石墨的混合物包括以下步骤：
将所述石墨分成若干份；
每次向所述水-碳纤维-SiO2的混合物中只加入其中的一份石墨并搅拌，直至所述石墨被全部加入到所述水-碳纤维-SiO2的混合物中，得到所述水-碳纤维-SiO2-石墨的混合物。
作为优选，每次向所述水-碳纤维-SiO2的混合物中只加入其中的一份石墨并搅拌时，所述搅拌的结果是，使得每份所述石墨无干粉。
作为优选，得到所述水-碳纤维-SiO2-石墨的混合物后，还包括以下步骤：
搅拌所述水-碳纤维-SiO2-石墨的混合物，得到所述水-碳纤维-SiO2-石墨混合物的膏状物。
作为优选，所述搅拌持续的时间的取值范围为1h～2h。
作为优选，烘干所述固形物与水的混合物，得到第一中间产物时，烘干温度的取值范围是100℃～180℃，烘干时间的取值范围是≥48h。
作为优选，压制成型所述二中间产物，得到所述碳纤维-SiO2-石墨复合多孔电极时，压制成型压力为冷等静压，所述冷等静压压力的取值范围为150MPa～185MPa，所述冷等静压的保压时间的取值范围为5min～10min。
为了达到上述第三个目的，本发明提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备装置的技术方案如下：
本发明提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备装置包括称量装置、容器、烘干装置、粉碎装置、压制成型装置，
所述称量装置用于称取固形物、水：其中，所述固形物包括SiO2、石墨、碳纤维，其中，在所述固形物中，SiO2、石墨、碳纤维的质量百分含量分别为：SiO2≥40％，2％≤碳纤维≤15％，其余为石墨；所述水的质量与所述SiO2的质量比的取值范围为(3∶1)～(6∶1)；
所述容器用于容置所述固形物和水，得到所述固形物与水的混合物；
所述烘干装置用于烘干所述固形物与水的混合物，得到第一中间产物；
所述粉碎装置用于粉碎所述第一中间产物，得到第二中间产物；
所述压制成型装置用于压制成型所述第二中间产物，得到所述SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极。
本发明提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备装置还可采用以下技术措施进一步实现。
作为优选，所述SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备装置还包括搅拌装置，所述搅拌装置用于搅拌所述固形物与水的混合物。
作为优选，所述搅拌装置的搅拌速度可调。
作为优选，所述搅拌装置为行星式搅拌机。
作为优选，所述容器为所述行星式搅拌机的料罐。
作为优选，所述烘干装置为烘箱。
作为优选，所述粉碎装置为机械粉碎机。
作为优选，所述压制成型装置为冷等静压压力装置。
本发明提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备方法和制备装置通过称取固形物、水：其中，所述固形物包括SiO2、石墨、碳纤维，其中，在所述固形物中，SiO2、石墨、碳纤维的质量百分含量分别为：SiO2≥40％，2％≤碳纤维≤15％，其余为石墨；所述水的质量与所述SiO2的质量比的取值范围为(3∶1)～(6∶1)；将所述固形物与所述水混合在一起，得到所述固形物与水的混合物；烘干所述固形物与水的混合物，得到第一中间产物；粉碎所述第一中间产物，得到第二中间产物；压制成型所述第二中间产物，得到所述SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极。该SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极组分间具有良好的连接，能够提升硅基负极材料的循环稳定性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备方法的步骤流程图；
图2为本发明提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备装置中各装置的相互关系图；
图3为本发明实施例1提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备方法制备得到的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的扫描电子显微镜图片；
图4为本发明实施例2提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备方法制备得到的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的扫描电子显微镜图片；
图5为本发明实施例3提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备方法制备得到的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的扫描电子显微镜图片。
具体实施方式
本发明为解决现有技术存在的问题，提供了一种SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极、其制备方法和制备装置，从而更加适于实用。
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极、其制备方法和制备装置，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，具体的理解为：可以同时包含有A与B，可以单独存在A，也可以单独存在B，能够具备上述三种任一种情况。
本发明提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极中，SiO2、石墨、碳纤维的质量百份含量分别为：SiO2≥40％，2％≤碳纤维≤15％，其余为石墨。
其中，SiO2的粒径取值范围为10～100μm。
其中，碳纤维的直径≤500nm，碳纤维长度的取值范围为1～20μm。
其中，碳纤维为气相生长法制得的碳纤维。
其中，石墨为经过表面处理的石墨；石墨表面处理方法包括以下步骤：
步骤x1：将石墨置于含有氧气的气氛中，对石墨进行高温氧化处理；
步骤x2：通过控制氧气浓度、反应温度、反应时间得到经过表面处理的石墨。
其中，对石墨进行高温氧化处理的方法包括以下步骤：
步骤x11：升温至一设定的温度；
步骤x12：在设定的温度条件下恒温设定的时间；
步骤x13：停止加热并应用惰性气体置换含有氧气的气氛，直至石墨的温度降低室温。
采用本发明方法对石墨进行表面处理后，由于石墨表面粗化，电化学反应活性位点增多，熔盐电解制备的石墨与硅的复合材料中，石墨表面的硅的负载量得到提升。其中，以经过表面处理的石墨与硅复合材料的制备方法包括以本发明提供的多孔电极的制备方法(多孔电极的制备方法包括：向水中加入SiO2粉体，第一次搅拌至形成SiO2悬浊液；向SiO2悬浊液中加入经过表面处理的石墨，并第二次搅拌，得到呈膏状的SiO2与经过表面处理的石墨的混合物；烘干呈膏状的SiO2与经过表面处理的石墨的混合物；将呈膏状的SiO2与经过表面处理的石墨的混合物粉碎成含有SiO2与经过表面处理的石墨的粉体；压制含有SiO2与经过表面处理的石墨的粉体，使之成型为多孔电极，多孔电极的组成成分为SiO2与经过表面处理的石墨。其中，水为去离子水。从而避免水中离子对试验结果造成影响。其中，SiO2粉体为气相法SiO2，D90≤50nm。其中，烘干呈膏状的SiO2与经过表面处理的石墨的混合物时，烘干温度的取值范围是100℃～180℃，烘干时间的取值范围是30h～60h。可根据烘干温度及对应的时间选取相关参数，烘干温度高，则烘干时间短；烘干温度低，则烘干时间长。其中，压制含有SiO2与经过表面处理的石墨的粉体时，压力的取值范围为160MPa～200MPa，保压时间的取值范围是8min～20min。可根据压力及对应的保压时间选取相关参数，压力高，则保压时间短；压力低，则保压时间长。其中，第一次搅拌包括先低速搅拌再高速搅拌。低速搅拌的目的是使SiO2粉体与水初步混合，高速搅拌的目的是使SiO2粉体与水充分混合均匀。其中，第二次搅拌包括先低速搅拌再高速搅拌。低速搅拌的目的是使经过表面处理的石墨的粉体与上述与水充分混合的SiO2粉体初步混合，高速搅拌的目的是使石墨的粉体与上述与水充分混合的SiO2粉体充分混合均匀)制备得到的多孔电极为阴极，石墨为阳极，将阴极和阳极置于熔盐电解质中；在阴极和阳极之间施加恒电流，将SiO2还原为Si，即制得石墨与硅复合材料。其中，阳极的规格大于阴极的规格。在这种情况下，SiO2还原反应更加彻底。本实施例中，阴极的规格为50mm×50mm×5mm方片，阳极的规格为100mm×100mm×10mm方片。阴极与阳极之间的间距的取值范围为3cm～10cm，从而保证反应顺利进行。本实施例中，阴极与阳极之间的间距为5cm。熔盐电解质为熔融CaCl2。熔融CaCl2温度的取值范围为782℃～1599℃。其中，782℃是CaCl2的熔点，1599℃是CaCl2的沸点，在这两个温度之间，CaCl2处于熔融状态。本实施例中，熔融CaCl2的温度为850℃。恒电流为5A。对石墨进行预处理后，由于石墨表面硅负载量增多，作为锂离子电池负极材料时，首周电化学容量达到了930mAh/g；而未经表面处理的石墨，对应的石墨与硅复合材料作为锂离子电池负极材料时，首周电化学容量较低，仅为707mAh/g。因此，应用经过表面处理的石墨能够取得更好的效果。
其中，经过表面处理的石墨的表面形貌选自阶梯状、锯齿状、孔洞状中的一种。
其中，含有氧气的气氛中氧气的体积分数的取值范围为1％～100％。
其中，反应温度的取值范围为500℃～800℃。
其中，反应温度的取值范围为550℃～700℃。该述温度范围为优选的温度范围。温度低于550℃时，由于石墨氧化反应速率较慢，达到相同的表面处理效果需要较长的时间和较高的氧气含量；温度高于700℃时，由于石墨氧化反应过于剧烈，需要严格控制反应时间和氧气含量，较难以精确控制表面处理的效果。
参见附图1，本发明提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备方法包括以下步骤：
步骤1：称取固形物、水：其中，固形物包括SiO2、石墨、碳纤维，其中，在固形物中，SiO2、石墨、碳纤维的质量百分含量分别为：SiO2≥40％，2％≤碳纤维≤15％，其余为石墨；水的质量与SiO2的质量比的取值范围为(3∶1)～(6∶1)；
步骤2：将固形物与水混合在一起，得到固形物与水的混合物；
步骤3：烘干固形物与水的混合物，得到第一中间产物；
步骤4：粉碎第一中间产物，得到第二中间产物；
步骤5：压制成型第二中间产物，得到SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极。
本发明提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备方法通过称取固形物、水：其中，固形物包括SiO2、石墨、碳纤维，其中，在固形物中，SiO2、石墨、碳纤维的质量百分含量分别为：SiO2≥40％，2％≤碳纤维≤15％，其余为石墨；水的质量与SiO2的质量比的取值范围为(3∶1)～(6∶1)；将固形物与水混合在一起，得到固形物与水的混合物；烘干固形物与水的混合物，得到第一中间产物；粉碎第一中间产物，得到第二中间产物；压制成型第二中间产物，得到SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极。该SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极组分间具有良好的连接，能够提升硅基负极材料的循环稳定性。
其中，水为去离子水。从而避免水中离子对试验结果造成影响。
其中，将固形物与水混合在一起，得到固形物与水的混合物包括以下步骤：
步骤21：将碳纤维分散至水中，得到水-碳纤维的混合物；
步骤22：将SiO2加入到水-碳纤维的混合物中，得到水-碳纤维-SiO2的混合物；
步骤23：将石墨加入到水-碳纤维-SiO2的混合物中，得到水-碳纤维-SiO2-石墨混合物。
其中，将碳纤维分散至水中，得到水-碳纤维的混合物包括以下步骤：
步骤211：将水和碳纤维加入到一容器中，
步骤212：搅拌处于容器中的水和碳纤维。
其中，步骤22：将SiO2加入到水-碳纤维的混合物中，得到水-碳纤维-SiO2的混合物包括以下步骤：
步骤221：将SiO2分成若干份；
步骤222：每次向水-碳纤维的混合物中只加入其中的一份SiO2并搅拌，直至SiO2被全部加入到水-碳纤维的混合物中，得到水-碳纤维-SiO2的混合物。通过这种方法，能够使得SiO2在水中分散更加均匀。
其中，每次向水-碳纤维的混合物中只加入其中的一份SiO2并搅拌时，搅拌为搅拌，搅拌的结果是，使得每份SiO2无干粉。
其中，得到水-碳纤维-SiO2的混合物后，还包括以下步骤：
步骤223：搅拌水-碳纤维-SiO2的混合物，得到水-碳纤维-SiO2混合物的膏状物。
其中，搅拌持续的时间的取值范围为1h～2h。通过这种方式，能够使得水-碳纤维-SiO2的混合物，得到水-碳纤维-SiO2混合物的膏状物。
其中，步骤23：将石墨加入到水-碳纤维-SiO2的混合物中，得到水-碳纤维-SiO2-石墨的混合物包括以下步骤：
步骤231：将石墨分成若干份；
步骤232：每次向水-碳纤维-SiO2的混合物中只加入其中的一份石墨并搅拌，直至石墨被全部加入到水-碳纤维-SiO2的混合物中，得到水-碳纤维-SiO2-石墨的混合物。通过这种方式，能够使得石墨水-碳纤维-SiO2的混合物中分散更加均匀。
其中，每次向水-碳纤维-SiO2的混合物中只加入其中的一份石墨并搅拌时，搅拌的结果是，使得每份石墨无干粉。
其中，得到水-碳纤维-SiO2-石墨的混合物后，还包括以下步骤：
步骤233：搅拌水-碳纤维-SiO2-石墨的混合物，得到水-碳纤维-SiO2-石墨混合物的膏状物。
其中，搅拌持续的时间的取值范围为1h～2h。通过这种方式，能够使得水-碳纤维-SiO2-石墨的混合物，得到水-碳纤维-SiO2-石墨混合物的膏状物。
其中，烘干固形物与水的混合物，得到第一中间产物时，烘干温度的取值范围是100℃～180℃，烘干时间的取值范围是≥48h。根据烘干温度选取烘干时间，烘干温度高，则烘干时间短，烘干温度低，则烘干时间长。
其中，压制成型二中间产物，得到碳纤维-SiO2-石墨复合多孔电极时，压制成型压力为冷等静压，冷等静压压力的取值范围为150MPa～185MPa，冷等静压的保压时间的取值范围为5min～10min。与其他压制成型方法相比，等静压压力分布比较均匀。根据冷等静压压力选取保压时间，压力大，则保压时间短；压力小，则保压时间长。
参见附图2，本发明提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备装置包括称量装置、容器、烘干装置、粉碎装置、压制成型装置，
称量装置用于称取固形物、水：其中，固形物包括SiO2、石墨、碳纤维，其中，在固形物中，SiO2、石墨、碳纤维的质量百分含量分别为：SiO2≥40％，2％≤碳纤维≤15％，其余为石墨；水的质量与SiO2的质量比的取值范围为(3∶1)～(6∶1)；容器用于容置固形物和水，得到固形物与水的混合物；烘干装置用于烘干固形物与水的混合物，得到第一中间产物；粉碎装置用于粉碎第一中间产物，得到第二中间产物；压制成型装置用于压制成型第二中间产物，得到SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极。
本发明提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备制备装置通过称量装置，称取固形物、水：其中，固形物包括SiO2、石墨、碳纤维，其中，在固形物中，SiO2、石墨、碳纤维的质量百分含量分别为：SiO2≥40％，2％≤碳纤维≤15％，其余为石墨；水的质量与SiO2的质量比的取值范围为(3∶1)～(6∶1)；通过容器，将固形物与水混合在一起，得到固形物与水的混合物；通过烘干装置，烘干固形物与水的混合物，得到第一中间产物；粉碎第一中间产物，得到第二中间产物；通过压制成型装置，压制成型第二中间产物，得到SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极。该SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极组分间具有良好的连接，能够提升硅基负极材料的循环稳定性。
其中，SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备装置还包括搅拌装置，搅拌装置用于搅拌固形物与水的混合物。从而，加速混合。
其中，搅拌装置的搅拌速度可调。其中，在步骤222、步骤232选择的搅拌速度较低，达到充分混合的效果；在步骤223、步骤233选择的搅拌速度较高，从而得到膏状物。如果搅拌速度不可调，则需要准备两台搅拌机。
其中，搅拌装置为行星式搅拌机。
其中，容器为行星式搅拌机的料罐。
其中，烘干装置为烘箱。
其中，粉碎装置为机械粉碎机。
其中，压制成型装置为冷等静压压力装置。与其他压制成型方法相比，等静压压力分布比较均匀。
实施例1～3、比较例
续表
续表
由上表，可知，
与本实施例2制备的多孔电极相比，本发明实施例3制备的多孔电极中碳纤维含量较多，因此电阻率更低，导电性更好。
与本发明实施例2和本发明实施例3提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极相比，对比例中的SiO2-石墨多孔电极的电阻率明显较高，导电性较差。说明碳纤维能有效提升多孔电极的导电性。在电解产品Si-石墨-碳纤维复合材料中，碳纤维的存在也有可能有效提升复合材料的导电性。
此外，本发明提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极，其优越性在于，利用低成本的熔盐电解法结合本发明提供的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极，有可能制备出组分间具有良好电连接的Si-石墨-碳纤维复合材料，提升硅基负极材料的循环稳定性。石墨亲水性较差，在水性溶剂中较难与其他物质分散均匀。本发明提供的制备多孔电极的方法，在混料过程中通过控制去离子水和SiO2的比例，控制离子水-碳纤维-SiO2混合物为粘度较高的泥膏状，然后通过行星式搅拌机的机械搅拌作用将石墨与SiO2和碳纤维混合均匀。这样可以避免在较稀的水性溶液中疏水的石墨与亲水的SiO2各自团聚并分层，从而不能均匀分散；在仅采用去离子水作为廉价的水性溶剂的前提下，能保证石墨与SiO2和碳纤维混合均匀。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极，其特征在于，所述SiO2、石墨、碳纤维的质量百份含量分别为：SiO2≥40％，2％≤碳纤维≤15％，其余为石墨；
作为优选，所述SiO2的粒径取值范围为10～100μm；
作为优选，所述碳纤维的直径≤500nm，所述碳纤维长度的取值范围为1～20μm；
作为优选，所述碳纤维为气相生长法制得的碳纤维。
2.根据权利要求1所述的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极，其特征在于，所述石墨为经过表面处理的石墨；
所述石墨表面处理方法包括以下步骤：
将石墨置于含有氧气的气氛中，对石墨进行高温氧化处理；
通过控制氧气浓度、反应温度、反应时间得到所述经过表面处理的石墨；
作为优选，所述对石墨进行高温氧化处理的方法包括以下步骤：
升温至一设定的温度；
在所述设定的温度条件下恒温设定的时间；
停止加热并应用惰性气体置换所述含有氧气的气氛，直至所述石墨的温度降低室温；
作为优选，所述经过表面处理的石墨的表面形貌选自阶梯状、锯齿状、孔洞状中的一种；
作为优选，所述含有氧气的气氛中氧气的体积分数的取值范围为1％～100％；
作为优选，所述反应温度的取值范围为500℃～800℃；
作为优选，所述反应温度的取值范围为550℃～700℃。
3.权利要求1或2中任一所述的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
称取固形物、水：其中，所述固形物包括SiO2、石墨、碳纤维，其中，在所述固形物中，SiO2、石墨、碳纤维的质量百分含量分别为：SiO2≥40％，2％≤碳纤维≤15％，其余为石墨；所述水的质量与所述SiO2的质量比的取值范围为(3∶1)～(6∶1)；
将所述固形物与所述水混合在一起，得到所述固形物与水的混合物；
烘干所述固形物与水的混合物，得到第一中间产物；
粉碎所述第一中间产物，得到第二中间产物；
压制成型所述第二中间产物，得到所述SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极；
作为优选，所述水为去离子水；
作为优选，将所述固形物与水混合在一起，得到所述固形物与水的混合物包括以下步骤：
将所述碳纤维分散至所述水中，得到水-碳纤维的混合物；
将所述SiO2加入到所述水-碳纤维的混合物中，得到水-碳纤维-SiO2的混合物；
将所述石墨加入到所述水-碳纤维-SiO2的混合物中，得到水-碳纤维-SiO2-石墨混合物；
作为优选，将所述碳纤维分散至所述水中，得到水-碳纤维的混合物包括以下步骤：
将所述水和碳纤维加入到一容器中，
搅拌处于所述容器中的水和碳纤维；
作为优选，将所述SiO2加入到所述水-碳纤维的混合物中，得到水-碳纤维-SiO2的混合物包括以下步骤：
将所述SiO2分成若干份；
每次向所述水-碳纤维的混合物中只加入其中的一份SiO2并搅拌，直至所述SiO2被全部加入到所述水-碳纤维的混合物中，得到所述水-碳纤维-SiO2的混合物；
作为优选，每次向所述水-碳纤维的混合物中只加入其中的一份SiO2并搅拌时，所述搅拌为搅拌，所述搅拌的结果是，使得每份所述SiO2无干粉；
作为优选，得到所述水-碳纤维-SiO2的混合物后，还包括以下步骤：
搅拌所述水-碳纤维-SiO2的混合物，得到所述水-碳纤维-SiO2混合物的膏状物；
作为优选，所述搅拌持续的时间的取值范围为1h～2h；
作为优选，将所述石墨加入到所述水-碳纤维-SiO2的混合物中，得到水-碳纤维-SiO2-石墨的混合物包括以下步骤：
将所述石墨分成若干份；
每次向所述水-碳纤维-SiO2的混合物中只加入其中的一份石墨并搅拌，直至所述石墨被全部加入到所述水-碳纤维-SiO2的混合物中，得到所述水-碳纤维-SiO2-石墨的混合物；
作为优选，每次向所述水-碳纤维-SiO2的混合物中只加入其中的一份石墨并搅拌时，所述搅拌的结果是，使得每份所述石墨无干粉；
作为优选，得到所述水-碳纤维-SiO2-石墨的混合物后，还包括以下步骤：
搅拌所述水-碳纤维-SiO2-石墨的混合物，得到所述水-碳纤维-SiO2-石墨混合物的膏状物；
作为优选，所述搅拌持续的时间的取值范围为1h～2h；
作为优选，烘干所述固形物与水的混合物，得到第一中间产物时，烘干温度的取值范围是100℃～180℃，烘干时间的取值范围是≥48h；
作为优选，压制成型所述二中间产物，得到所述碳纤维-SiO2-石墨复合多孔电极时，压制成型压力为冷等静压，所述冷等静压压力的取值范围为150MPa～185MPa，所述冷等静压的保压时间的取值范围为5min～10min。
4.权利要求1或2所述的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备装置，其特征在于，包括称量装置、容器、烘干装置、粉碎装置、压制成型装置，
所述称量装置用于称取固形物、水：其中，所述固形物包括SiO2、石墨、碳纤维，其中，在所述固形物中，SiO2、石墨、碳纤维的质量百分含量分别为：SiO2≥40％，2％≤碳纤维≤15％，其余为石墨；所述水的质量与所述SiO2的质量比的取值范围为(3∶1)～(6∶1)；
所述容器用于容置所述固形物和水，得到所述固形物与水的混合物；
所述烘干装置用于烘干所述固形物与水的混合物，得到第一中间产物；
所述粉碎装置用于粉碎所述第一中间产物，得到第二中间产物；
所述压制成型装置用于压制成型所述第二中间产物，得到所述SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极。
5.根据权利要求4所述的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备装置，其特征在于，还包括搅拌装置，所述搅拌装置用于搅拌所述固形物与水的混合物。
6.根据权利要求5所述的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备装置，其特征在于，所述搅拌装置的搅拌速度可调。
7.根据权利要求6所述的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备装置，其特征在于，所述搅拌装置为行星式搅拌机；
作为优选，所述容器为所述行星式搅拌机的料罐。
8.根据权利要求4所述的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备装置，其特征在于，所述烘干装置为烘箱。
9.根据权利要求4所述的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备装置，其特征在于，所述粉碎装置为机械粉碎机。
10.根据权利要求4所述的SiO2-石墨-碳纤维复合多孔电极的制备装置，其特征在于，所述压制成型装置为冷等静压压力装置。
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