The invention belongs to the field of anode materials for lithium ion batteries, and discloses a graphene coated silicon composite material, a preparation method and application thereof. The preparation method comprises the following preparation steps: ultrasonic stripping and dispersing graphite oxide in deionized water to form graphene oxide suspension; ball milling and dispersing the mixture of Si@Zn particles in deionized water to obtain the mixture of Si@Zn particles; mixing the mixture of Si@Zn particles with graphene oxide suspension and stirring reaction at room temperature. The Si@ZnOx@RGO was then soaked in acid to remove ZnOx and washed and dried to obtain Si@RGO composite. The silicon @RGO composite material obtained by the invention can not only suppress the volume change of silicon, but also increase the conductivity of the composite material, and has excellent cyclic stability and rate discharge performance.
【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯包覆硅复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于锂离子电池负极材料领域,具体涉及一种石墨烯包覆硅复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
进入21世纪,能源短缺和环境污染问题日趋严重,各种高能电池和燃料电池的开发利用迫在眉睫。与其他二次电池相比,锂离子电池具有单位比容量大、工作电压高、循环寿命长、安全性好、无记忆效应等优点。但是目前的锂离子电池技术还不能满足持续增长的能量密度需求,如纯电动车和混合电动车等,这就迫切需求研发出更高能量密度、更高功率的电池以满足当前需求。目前商业化的锂离子电池负极材料主要采用石墨材料,但石墨存在着比容量低(理论比容量为372mAh/g)、首次充放电效率低、电解液共嵌入等问题,这极大地限制了高性能锂离子电池的进一步发展,因此需要开发新型高效材料来替代石墨负极,如锡基材料、硅基材料、金属化合物和新型合金材料等。硅作为锂离子电池负极材料的最大优势在于其突出的理论比容量(4200mAh/g)且天然储量丰富。但是,硅材料在锂离子脱嵌锂过程中会发生巨大的体积膨胀(>300%),硅相内部产生很强的伸缩应力,导致电极材料粉化,使得活性物质和集流体之间的电接触下降,最终导致容量和循环寿命迅速衰减,从而在很大程度上阻碍了硅基材料的商业化应用。目前,对于高容量硅负极材料的改性主要包括纳米化、合金化、表面改性、掺杂、复合等方法形成包覆结构或高度分散的复合体系,通过提高材料的力学性能、结构完整性以及导电性能等,以缓解脱嵌-嵌入锂离子过程中体积膨胀产生的内应力对材料结构的破坏,从而提高硅负极的电化学循环稳定性和倍率性能。作为一种二维 ...
【技术保护点】
1.一种石墨烯包覆硅复合材料的制备方法,其特征在于包括如下制备步骤:(1)制备氧化石墨烯悬浮液:将氧化石墨在去离子水中超声剥离分散形成氧化石墨烯悬浮液;(2)制备Si@Zn颗粒混合液:将Si粉与Zn粉混合后球磨得到Si@Zn颗粒,然后分散在去离子水中得到Si@Zn颗粒混合液;(3)制备Si@RGO复合材料:将Si@Zn颗粒混合液与氧化石墨烯悬浮液混合,常温下搅拌反应得到Si@ZnOx@RGO,然后将Si@ZnOx@RGO用酸浸泡除去ZnOx,洗涤烘干得到Si@RGO复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种石墨烯包覆硅复合材料的制备方法,其特征在于包括如下制备步骤:(1)制备氧化石墨烯悬浮液:将氧化石墨在去离子水中超声剥离分散形成氧化石墨烯悬浮液;(2)制备Si@Zn颗粒混合液:将Si粉与Zn粉混合后球磨得到Si@Zn颗粒,然后分散在去离子水中得到Si@Zn颗粒混合液;(3)制备Si@RGO复合材料:将Si@Zn颗粒混合液与氧化石墨烯悬浮液混合,常温下搅拌反应得到Si@ZnOx@RGO,然后将Si@ZnOx@RGO用酸浸泡除去ZnOx,洗涤烘干得到Si@RGO复合材料。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆硅复合材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中所述氧化石墨是指采用hummer法制备的氧化石墨。3.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆硅复合材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中所述超声剥离的超声功率为60~200W。4.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆硅复合材料的制备方法,其特征在于:步骤(2)中所述...
【专利技术属性】
技术研发人员:方岳平,蔡欣,赵忠强,周训富,
申请(专利权)人:华南农业大学,
类型:发明
国别省市:广东,44
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