一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池复合负极材料，包括混合材料、第一包覆层及第二包覆层，所述第一包覆层及第二包覆层依次包覆所述混合材料；所述混合材料为硅基材料、石墨烯及石墨的混合材料，所述硅基材料与所述石墨的质量比为1：(1～10)，所述石墨与所述石墨烯的质量比为100：(0.01～5)；所述第一包覆层为聚苯胺，所述第二包覆层为聚吡咯。本发明专利技术还提供一种锂离子电池复合负极材料的制备方法。本发明专利技术提供的锂离子电池复合负极材料及其制备方法，增加了复合负极材料的导电性，缓解了硅基材料的体积膨胀，双层导电聚合物具有良好的致密度，有效隔离电解液与硅基材料的接触，循环性能优异；并且，节约能耗，工艺简单，易于操作和工业化。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法
本专利技术涉及电池材料
，尤其涉及一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池因具有较高能量密度和长寿命在各类电动工具中广泛应用。目前，常用的锂离子电池负极材料为石墨类碳材料，石墨类碳材料具有较低的脱嵌锂电位、合适的可逆容量、较高的首次效率和循环稳定性，并且，具有资源丰富、价格低廉等优点；但是，石墨的理论比容量较低，约为372mAh/g，使得以石墨为负极的锂离子电池不能满足人们对能量密度越来越高的要求。硅基材料有较高的理论比容量(约为4200mAh/g)，储量丰富且价格低廉；然而，硅在嵌/脱锂的过程中会产生约300％的体积变化，巨大的体积变化造成电极材料的粉化剥落，使得硅的颗粒与颗粒之间、颗粒与集流体之间的连接性变差，失去电接触，造成容量的快速衰减。鉴于此，实有必要提供一种新型的锂离子电池复合负极材料及其制备方法以克服以上缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够有效缓冲硅颗粒的体积膨胀、提高材料的导电性能、增加材料的储锂容量、提升能量密度及循环性能好的锂离子电池复合负极材料及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术提供一种锂离子电池复合负极材料，包括混合材料、第一包覆层及第二包覆层，所述第一包覆层及第二包覆层依次包覆所述混合材料；所述混合材料为硅基材料、石墨烯及石墨的混合材料，所述硅基材料与所述石墨的质量比为1：(1～10)，所述石墨与所述石墨烯的质量比为100：(0.01～5)；所述第一包覆层为聚苯胺，所述第二包覆层为聚吡咯。在一个优选实施方式中，所述第一包覆层的苯胺单体的质量与所述硅基材料的质量相等。在一个优选实施方式中，所述第二包覆层的吡咯单体的质量与所述硅基材料的质量相等。本专利技术还提供一种锂离子电池复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一：取石墨烯分散于蒸馏水中，再加入石墨，进行搅拌后，加入硅基材料，搅拌，形成混合材料；所述硅基材料与所述石墨的质量比为1：(1～10)，所述石墨与所述石墨烯的质量比为100：(0.01～5)；步骤二：取苯胺单体和HCl溶液的混合液加入至步骤一制备的混合材料中，搅拌后再加入过硫酸铵和HCl溶液的混合液，反应一段时间，制得含有第一包覆层聚苯胺的初级混合液；步骤三：取吡咯单体和HCl溶液的混合液加入至步骤二制备的初级混合液中，搅拌后再加入过硫酸铵和HCl溶液的混合液，反应一段时间，制得含有第二包覆层聚吡咯的终级混合液；步骤四：将步骤三制得的终级混合液进行过滤，过滤产物进行洗涤及干燥，制得最终的复合负极材料。在一个优选实施方式中，所述步骤二中的苯胺单体的质量与所述硅基材料的质量相等。在一个优选实施方式中，所述步骤三中的吡咯单体的质量与所述硅基材料的质量相等。在一个优选实施方式中，所述步骤二中加入的过硫酸铵与苯胺单体的质量比为1：1。在一个优选实施方式中，所述步骤三中加入的过硫酸铵与吡咯单体的质量比为1：1。在一个优选实施方式中，所述步骤二及步骤三中的HCl溶液的浓度为2mol/L。在一个优选实施方式中，所述步骤一中的硅基材料的粒径为10～200nm。相比于现有技术，本专利技术提供的锂离子电池复合负极材料及其制备方法，采用石墨烯形成导电网络，增加了复合负极材料的导电性，石墨烯的嵌锂功能有利于复合负极材料容量的增加；采用双层聚苯胺/聚吡咯进行包覆，利用包覆层的良好柔性，缓解了硅基材料的体积膨胀，双层导电聚合物具有良好的致密度，有效隔离电解液与硅基材料的接触，循环性能优异；并且，采用化学氧化法对材料进行包覆，节约能耗，工艺简单，易于操作和工业化。【附图说明】图1为以本专利技术实施例1制备的复合负极材料组装制备的扣式电池的充放电曲线；图2为以本专利技术实施例1制备的复合负极材料组装制备的扣式电池的循环曲线。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本专利技术，并不是为了限定本专利技术。本专利技术提供一种锂离子电池复合负极材料，包括混合材料、第一包覆层及第二包覆层，所述第一包覆层及第二包覆层依次包覆所述混合材料；所述混合材料为硅基材料、石墨烯及石墨的混合材料，所述硅基材料与所述石墨的质量比为1：(1～10)，所述石墨与所述石墨烯的质量比为100：(0.01～5)；所述第一包覆层为聚苯胺，所述第二包覆层为聚吡咯。具体的，所述第一包覆层的苯胺单体的质量与所述硅基材料的质量相等，所述第二包覆层的吡咯单体的质量与所述硅基材料的质量相等。本专利技术还提供一种锂离子电池复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一：取石墨烯分散于蒸馏水中，再加入石墨，进行搅拌后，加入硅基材料，搅拌，形成混合材料；所述硅基材料与所述石墨的质量比为1：(1～10)，所述石墨与所述石墨烯的质量比为100：(0.01～5)；步骤二：取苯胺单体和HCl溶液的混合液加入至步骤一制备的混合材料中，搅拌后再加入过硫酸铵和HCl溶液的混合液，反应一段时间，制得含有第一包覆层聚苯胺的初级混合液；步骤三：取吡咯单体和HCl溶液的混合液加入至步骤二制备的初级混合液中，搅拌后再加入过硫酸铵和HCl溶液的混合液，反应一段时间，制得含有第二包覆层聚吡咯的终级混合液；步骤四：将步骤三制得的终级混合液进行过滤，过滤产物进行洗涤及干燥，制得最终的复合负极材料。具体的，所述步骤一中的硅基材料的粒径为10～200nm。所述步骤二中的苯胺单体的质量与所述硅基材料的质量相等；所述步骤三中的吡咯单体的质量与所述硅基材料的质量相等。所述步骤二中加入的过硫酸铵与苯胺单体的质量比为1：1；所述步骤三中加入的过硫酸铵与吡咯单体的质量比为1：1。所述步骤二及步骤三中的HCl溶液的浓度为2mol/L。实施例1：(1)取0.05g石墨烯经过15h机械搅拌和20h超声搅拌分散于蒸馏水中，再加入50g石墨，进行4h机械搅拌后，加入8g粒径为10～200nm的硅基材料，经过2h机械搅拌，形成混合材料；(2)取8g苯胺单体和100g浓度为2mol/L的HCl溶液的混合液加入至(1)制备的混合材料中，机械搅拌1h后再加入8g过硫酸铵和100g浓度为2mol/L的HCl溶液的混合液，反应3h，制得含有第一包覆层聚苯胺的初级混合液；(3)取8g吡咯单体和100g浓度为2mol/L的HCl溶液的混合液加入(2)制备的初级混合液中，机械搅拌1h后再加入8g过硫酸铵和100g浓度为2mol/L的HCl溶液的混合液，反应3h，制得含有第二包覆层聚吡咯的终级混合液；(4)将(3)制得的终级混合液进行过滤，过滤产物进行洗涤及干燥，制得最终的复合负极材料。实施例2：(1)取0.02g石墨烯经过10h机械搅拌和15h超声搅拌分散于蒸馏水中，再加入50g石墨，进行3h机械搅拌后，加入5g粒径为10～200nm的硅基材料，经过2h机械搅拌，形成混合材料；(2)取5g苯胺单体和100g浓度为2mol/L的HCl溶液的混合液加入至(1)制备的混合材料中，机械搅拌2h后再加入5g过硫酸铵和100g浓度为2mol/L的HCl溶液的混合液，反应2h，制得含有第一包覆层聚苯胺的初级混合液；(3)取5g吡咯单体和1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池复合负极材料，其特征在于：包括混合材料、第一包覆层及第二包覆层，所述第一包覆层及第二包覆层依次包覆所述混合材料；所述混合材料为硅基材料、石墨烯及石墨的混合材料，所述硅基材料与所述石墨的质量比为1：(1～10)，所述石墨与所述石墨烯的质量比为100：(0.01～5)；所述第一包覆层为聚苯胺，所述第二包覆层为聚吡咯。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池复合负极材料，其特征在于：包括混合材料、第一包覆层及第二包覆层，所述第一包覆层及第二包覆层依次包覆所述混合材料；所述混合材料为硅基材料、石墨烯及石墨的混合材料，所述硅基材料与所述石墨的质量比为1：(1～10)，所述石墨与所述石墨烯的质量比为100：(0.01～5)；所述第一包覆层为聚苯胺，所述第二包覆层为聚吡咯。2.如权利要求1所述的锂离子电池复合负极材料，其特征在于：所述第一包覆层的苯胺单体的质量与所述硅基材料的质量相等。3.如权利要求2所述的锂离子电池复合负极材料，其特征在于：所述第二包覆层的吡咯单体的质量与所述硅基材料的质量相等。4.一种锂离子电池复合负极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：取石墨烯分散于蒸馏水中，再加入石墨，进行搅拌后，加入硅基材料，搅拌，形成混合材料；所述硅基材料与所述石墨的质量比为1：(1～10)，所述石墨与所述石墨烯的质量比为100：(0.01～5)；步骤二：取苯胺单体和HCl溶液的混合液加入至步骤一制备的混合材料中，搅拌后再加入过硫酸铵和HCl溶液的混合液，反应一段时间，制得含有第一包覆层聚苯胺的初级混合液...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟莎莎，王振峰，李金林，
申请(专利权)人：深圳市沃特玛电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44