一种石墨烯包覆硅碳复合负极材料的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103050666A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN103050666A(43)申请公布日2013.04.17(21)申请号201210534860.4H01M4/62(2006.01)(22)申请日2012.12.12B82Y30/00(2011.01)(71)申请人中南大学地址410083湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号(72)发明人郭华军甘雷王志兴李新海黄思林苏明如彭文杰胡启阳张云河(74)专利代理机构长沙市融智专利事务所43114代理人魏娟(51)Int.Cl.H01M4/1395(2010.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/587(2010.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书44页页附图附图11页(54)发明名称一种石墨烯包覆硅碳复合负极材料的制备方法(57)摘要一种石墨烯包覆硅碳复合负极材料的制备方法。本发明所解决的技术问题是提高硅基负极材料的电子导电性的同时，缓冲硅基负极材料在嵌脱锂过程中产生的体积效应，提高材料循环过程中的结构稳定性。本发明采用喷雾干燥—热解处理法制备该材料。其制备方法为：将纳米硅、石墨微粉，均匀分散于氧化石墨烯的分散液中，喷雾干燥后，在惰性保护气氛下进行热处理，后随炉冷却，即得石墨烯包覆硅碳复合负极材料。本发明造球过程中不需添加额外粘结剂，在复合前驱体热处理过程中将外层氧化石墨烯原位热还原为石墨烯，过程简单易行，实用化程度高，制备的复合材料具有可逆容量大、容量可设计、循环性能和大电流放电能力好、振实密度高等优点。CN10356ACN103050666A权利要求书1/1页1.一种石墨烯包覆硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将纳米硅和石墨微粉加入到氧化石墨烯分散液中，并加入分散剂，超声分散处理以形成悬浮液，氧化石墨烯:纳米硅和石墨微粉的质量比为1～5:20，；将悬浮液进行喷雾干燥造球，得到类球形前驱体；将所述的前驱体在惰性保护气氛下经500～800℃热处理使得氧化石墨烯还原，得到石墨烯包覆的硅碳复合负极材料。2.根据权利要求1的制备方法，其特征在于：纳米硅和石墨微粉中纳米硅的质量分数为10%～30%。3.根据权利要求1或2的制备方法，其特征在于：所述的氧化石墨烯分散液的浓度范围为1～10mg/mL。4.根据权利要求1的制备方法，其特征在于：所述纳米硅为1～500nm硅粉，所述石墨微粉为0.5～5μm人工石墨、天然石墨或石墨化中间相碳微球中的至少一种。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述分散剂为聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、丙二醇中的至少一种。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：喷雾干燥的温度为170～200℃。7.根据权利要求1-6所述的方法制得的复合负极材料，其特征在于：所得复合负极材料，石墨烯包覆在外层，内部为纳米硅和石墨微粉，颗粒形状为类球形，平均粒径为5～30μm。2CN103050666A说明书1/4页一种石墨烯包覆硅碳复合负极材料的制备方法技术领域[0001]本发明属于锂离子电池材料及其制备方法领域，涉及一种锂离子电池复合负极材料的制备方法。背景技术[0002]锂离子电池以其能量密度大、工作电压高、自放电率小、体积小、重量轻，循环寿命长等优势广泛应用于各种便携式电子设备和电动汽车中。目前商业化的锂离子电池负极材料主要为石墨类负极材料，但因其理论比容量仅为372mAh/g，逐渐不能满足人们对高能量密度电池的需求。因此开发高比容量、高充放电效率、高循环稳定性的新型负极材料已成当前研究的热点。[0003]近年来硅的高理论比容量（4200mAh/g）和低嵌锂电位引起人们的广泛关注，此外硅还具有储量丰富，成本低，环境友好等优点，有望成为下一代锂离子电池负极材料。然而，硅负极由于其在锂的嵌入脱嵌循环过程中要经历严重的体积膨胀和收缩，造成材料结构的破坏和机械粉碎，从而导致电极循环性能的衰退，限制其商业化应用。为了解决这些问题，目前主要通过硅颗粒纳米化，硅与其它金属合金化，硅与惰性或活性基质复合三种主要途径来改善硅基负极材料循环性能。其中硅/碳复合负极材料受到了最广泛关注。因为碳负极材料本身在充放电过程中的体积变化较小(＜10％)，电子导电性好，且由碳基质形成的“缓冲骨架”还能补偿硅颗粒的体积膨胀，维持纳米硅的结构稳定性，从而使材料的循环性能明显改善。同时，石墨烯作为一种新型碳纳米材料，由单层sp2碳原子紧密堆积成二维蜂窝状结构。研究表明，石墨烯具有优异的电学、力学性能，高的理论比表面积，这些特性决定了其在锂离子电池领域的巨大应用潜力，已有不少研究者开展了利用石墨烯复合来改善锂离子电极材料电化学性能的研究。发明内容[0004]本发明的目的是提供一种石墨烯包覆纳米硅/石