一種石墨烯基硅碳復合負極材料的制備方法技術

本發明專利技術涉及一種石墨烯基硅碳復合負極材料的制備方法，屬于鋰離子電池負極材料領域。所述的石墨烯基硅碳復合負極材料是通過液相合成法制備的，包括以下步驟：將石墨烯分散在溶劑中形成石墨烯分散液；將硅粉分散于溶劑中，并加入硅烷偶聯劑，超聲分散后進行磁力攪拌，得到硅粉分散液；將上述兩種溶液混合；加入石墨，混合均勻后，烘干，研磨，過篩，得到石墨烯基的硅碳復合材料。本發明專利技術的制備工藝簡單可控，制備成本低廉，制備的石墨烯基的硅碳復合材料的容量大大提高，且循環性能優良。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種鋰離子電池負極復合材料的制備方法，尤其涉及。屬于鋰離子電池復合材料的制備方法領域。
鋰離子電池因其具有比能量高、電池電壓高、工作溫度范圍寬、放電平穩、儲存壽命長等優點，而被廣泛應用于各種便攜式電子設備及電動汽車中。目前商業化的鋰離子電池負極材料主要是碳負極材料，其理論比容量(372 mAh/g)已經不能滿足需求，因此開發出高容量、高壓實密度、高循環性能的新型負極材料已經迫在眉睫，成為了目前研宄的重點。 硅因其高的理論比容量(4200 mAh/g)而被人們廣泛關注，但其在充放電過程中會發生巨大的體積膨脹(400%)，從而導致材料結構的破壞，嚴重影響材料的循環性能。目前為了解決硅體積膨脹的問題，普遍采用的方法是制備硅基復合材料，采用包覆的方式，形成“緩沖骨架”，從而降低娃的體積效應，改善循環性能。石墨稀(graphene)是一種新型碳納米材料，由單層SP2碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀結構。最近的研宄表明，石墨烯具有優異的電學、熱學、光學和力學性能，高的理論比表面積等一系列特殊性質。石墨烯大的比表面積及其良好的電學性能決定了其在鋰離子電池領域的巨大潛力，目前以石墨烯作為鋰離子電池負極材料已有少量報道。因為石墨烯是由單層碳原子緊密排列構成，鋰離子不僅可以存儲在石墨烯片層的兩側，還可以在石墨烯片層的邊緣和孔穴中存儲，其理論容量為740~780 mAh/g，約為傳統石墨材料的2倍多。用石墨烯作為鋰離子電池負極材料將極大提高電池儲鋰容量，進而提高能量密度。此外，采用石墨烯作為鋰離子電池負極材料時，鋰離子在石墨烯材料中的擴散路徑比較短，且電導率較高，可以很大程度提高其倍率性能。因此，石墨烯作為鋰離子電池負極材料具有良好的應用前景。制備單層或層數較少的石墨烯對于提高其電化學性能具有重要作用。申請號為201210534860.4的中國專利技術專利，公開了一種石墨烯包覆硅碳復合負極材料的制備方法，其技術方案如下:包括以下步驟:將納米硅和石墨微粉加入到氧化石墨烯分散液中，并加入分散劑，超聲分散處理以形成懸浮液，氧化石墨烯:納米硅和石墨微粉的質量比為I?5:20 ;將懸浮液進行噴霧干燥造球，得到類球形前驅體；將所述的前驅體在惰性保護氣氛下經500?800°C熱處理使得氧化石墨烯還原，得到石墨烯包覆的硅碳復合負極材料。但從其數據可以看出，50次充放循環后容量保持僅在80%左右。
技術實現思路
針對現有的鋰離子電池負極材料的不足，本專利技術旨在提供一種石墨烯基硅碳復合材料的制備方法，該制備方法簡單易行，通過此法制得的石墨烯基硅碳復合材料容量得到大大提尚，且循環性能優良。本專利技術解決上述問題的技術方案如下: 一種石墨稀基娃碳復合負極材料的制備方法，包括以下步驟: a)將石墨烯均勻分散在第一分散劑中，形成石墨烯分散液； b)將硅粉均勻分散在第二分散劑中，并向其中加入硅烷偶聯劑，超聲分散后進行磁力攪拌，得到硅粉分散液； c)將所述石墨烯分散液和硅粉分散液混合，制得石墨烯-硅粉混合分散液；在所述混合分散液中添加石墨，混合均勻后真空干燥，制得石墨烯-硅粉混合物； d)將所述混合物研磨。作為上述技術方案的優選，步驟c中，還包括在所述混合分散液中添加粘結劑的操作；步驟d中，還包括對研磨后的混合物進行惰性氣氛保護下的炭化操作。作為上述技術方案的優選，所述娃粉為粒度分布范圍在2nm?500nm，D5tl在80?300nm的納米娃。作為上述技術方案的優選，所述硅烷偶聯劑選自3-氨丙基三乙氧基硅烷、3- (2，3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、N-( 2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷或2-( 3，4-環氧環己烷基)一級三甲氧基硅烷中的一種或一種以上。作為上述技術方案的優選，所述第一分散劑和第二分散劑選自水、無水乙醇、聚乙烯醇、聚乙二醇、三乙醇胺、異丙醇、丙二醇、醋酸甲醋或醋酸乙醋中的一種或一種以上。作為上述技術方案的優選，所述石墨為人造石墨、天然石墨或中間相碳微球中的一種或一種以上。作為上述技術方案的優選，所述粘結劑為酚醛樹脂、環氧樹脂、氨酚醛樹脂、瀝青、阿拉伯樹膠、聚乙烯醇、葡萄糖、淀粉或松香中的一種或一種以上。作為上述技術方案的優選，所述石墨稀基娃碳復合負極材料中，石墨稀質量占復合材料的I?35%，硅質量占復合材料的I?10%，其余為石墨或石墨和粘結劑的混合物。作為上述技術方案的優選，所述炭化溫度為500?1200°C。作為上述技術方案的優選，炭化過程的溫度控制具體為，先從室溫直接升溫初始炭化溫度X°c，然后保溫a小時，再以3?10°C /min的速率從初始炭化溫度X°C升溫至炭化終點溫度Y°C，保溫b小時；其中，b > 4a彡4小時，500彡X彡Y彡1200。本專利技術的另一個目的是提供一種不需炭化處理，并且50次充放循環后，容量保持率在90%以上的石墨烯基硅碳復合負極材料的制備方法。其技術方案如下: ，其特征在于，包括以下步驟，且不包含炭化處理: a)將石墨烯均勻分散在第一分散劑中，形成石墨烯分散液； b)將硅粉均勻分散在第二分散劑中，并向其中加入硅烷偶聯劑，超聲分散后進行磁力攪拌，得到硅粉分散液； c)將所述石墨烯分散液和硅粉分散液混合，制得石墨烯-硅粉混合分散液；在所述混合分散液中添加石墨，混合均勻后真空干燥。作為上述技術方案的優選，所述娃粉為粒度分布范圍在2nm?500nm，D5tl在80?300nm的納米娃。作為上述技術方案的優選，所述硅烷偶聯劑選自3-氨丙基三乙氧基硅烷、3- (2，3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、N-( 2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷或2-( 3，4-環氧環己烷基)一級三甲氧基硅烷中的一種或一種以上。作為上述技術方案的優選，所述第一分散劑和第二分散劑選自水、無水乙醇、聚乙烯醇、聚乙二醇、三乙醇胺、異丙醇、丙二醇、醋酸甲醋或醋酸乙醋中的一種或一種以上。作為上述技術方案的優選，所述石墨為人造石墨、天然石墨或中間相碳微球中的一種或一種以上。作為上述技術方案的優選，所述石墨稀基娃碳復合負極材料中，石墨稀質量占復合材料的I?35%，娃質量占復合材料的I?10%，其余為石墨。本專利技術具有以下有益效果: 1、本專利技術所制備的石墨烯基硅碳復合材料在制備過程中將石墨烯的分散與納米硅的分散分開進行，有利于二者的分散，抑制了納米材料的團聚效應，同時在分散納米硅的過程中添加硅烷偶聯劑及分散劑，也很好的改善了硅的分散效果； 2、采用石墨烯作為復合材料基底，由于石墨烯具有較大的理論比表面積，良好的導電性，可以有效改善復合材料的導電性，提升復合材料的循環性能；<當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種石墨烯基硅碳復合負極材料的制備方法，包括以下步驟：a)將石墨烯均勻分散在第一分散劑中，形成石墨烯分散液；b)將硅粉均勻分散在第二分散劑中，并向其中加入硅烷偶聯劑，超聲分散后進行磁力攪拌，得到硅粉分散液；c)將所述石墨烯分散液和硅粉分散液混合，制得石墨烯?硅粉混合分散液；在所述混合分散液中添加石墨，混合均勻后真空干燥，制得石墨烯?硅粉混合物；d)將所述混合物研磨。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡博，王雙才，許文竹，郭雷，呂猛，
申請(專利權)人：湖州創亞動力電池材料有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江;33