一种聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料及制备方法，所述负极材料由硅材料、硫掺杂石墨烯以及包覆在硅材料外的聚合物包覆层组成，其制备方法包括S1：硅纳米颗粒和硫掺杂石墨烯球磨得到硅/硫掺杂石墨烯复合材料；S2：将此复合材料分散至去离子水中，加入吡咯单体和多巴胺单体，冷却，加入六水氯化铁反应；S3：沉淀、清洗、干燥，研磨即可。该材料内核硅纳米颗粒具有储锂活性，硅纳米颗粒吸附在硫掺杂石墨烯硫（‑S）及缺陷位置，可提高循环稳定性，形成Si‑S具有协调效应，加速电子转移，提高倍率性能；聚合物包覆层提高硅基材料的导电性并缓冲其体积膨胀；同时，该制备方法操作简单，工艺简便环保，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料及制备方法
本专利技术属于锂离子电池负极材料
，具体涉及到一种聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料及制备方法。
技术介绍
锂离子电池是一种绿色高能环保电池，因其具有能量密度高、环境友好、无记忆效应、循环寿命长、自放电小等突出优点，在手机电池、移动电源及电动汽车等应用上受到广泛的关注。当锂离子电池作为动力电池广泛应用于新能源汽车，由于锂离子电池的安全性能、能量密度、大倍率性能和循环寿命还需要进一步提高，目前还没有一种材料能够完全满足汽车动力系统对锂离子电池提出的要求。为了开发出适应于新能源汽车的锂离子电池，现阶段研发者们主要聚焦于正负极材料。其中，目前负极材料主要以石墨为主，但是其比容量和脱锂电位较低，其较低的脱锂电位（仅为0.05V）会造成安全问题，限制了石墨在大容量电池中的应用。硅的出现给予了新能源汽车很大的希望，其具有最高的理论比容量（4200mAh·g-1）和适中的脱锂电位（<0.5VvsLi+/Li）和储量丰富27.6%等特点，受到研究者们极大的重视。但是，硅的导电性差，并且在达到最高比容量时，其体积膨胀高达300%以上，严重影响锂离子电池的循环性能，最终导致电化学性能的恶，限制其商业化应用。因此，现有的技术还有待改进。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料及制备方法，旨在提高硅基材料的导电性，缓冲硅基材料的体积膨胀，提高锂离子电池的循环性能和倍率性能。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料，由50wt%~80wt%硅材料、10wt%~20wt%石墨烯以及10wt%~30%包覆在硅材料外的聚合物包覆层组成。所述的硅材料为硅纳米颗粒，粒径为20~100nm。所述的石墨烯为硫掺杂石墨烯。所述的聚合物为聚吡咯/聚多巴胺复合物。一种聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料的制备方法，包括以下步骤：S1：制备硅/硫掺杂石墨烯复合材料：取硅纳米颗粒和硫掺杂石墨烯，进行球磨，得到硅/硫掺杂石墨烯复合材料；S2：制备聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料：将硅/硫掺杂石墨烯复合材料分散至去离子水中，磁力搅拌60min，然后加入吡咯单体和多巴胺单体，冷却至5~10℃，加入六水氯化铁，反应8~12h；S3：将S2的产物沉淀，用去离子水洗，反复数次，干燥，研磨成粉即可。所述S1中球磨时间为1~3h。所述的多巴胺单体占吡咯单体的2%~8%。所述S2中反应温度为5~10℃，反应时间为8~12h。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的负极材料内核硅纳米颗粒具有储锂活性，硅纳米颗粒吸附在硫掺杂石墨烯硫（-S）及缺陷位置，可提高长期循环稳定性，形成Si-S具有协调效应，加速电子转移，提高倍率性能；聚吡咯/聚多巴胺外包覆层可明显提高硅基材料的导电性以及缓冲其体积膨胀；同时，该制备方法操作简单，工艺简便环保，在商业应用上具有广阔的前景。附图说明图1为本专利技术的聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料制备流程图。图2为本专利技术实施例1的聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料组装成锂离子电池0.5C循环性能图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本专利技术的保护范围有任何的限制作用。一种聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料，由50wt%~80wt%硅材料、10wt%~20wt%石墨烯以及10wt%~30%包覆在硅材料外的聚合物包覆层组成。所述的硅材料为硅纳米颗粒，粒径为20~100nm。所述的石墨烯为硫掺杂石墨烯。所述的聚合物为聚吡咯/聚多巴胺复合物。一种聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料的制备方法，包括以下步骤：S1：制备硅/硫掺杂石墨烯复合材料：取硅纳米颗粒和硫掺杂石墨烯，进行球磨，得到硅/硫掺杂石墨烯复合材料；S2：制备聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料：将硅/硫掺杂石墨烯复合材料分散至去离子水中，磁力搅拌60min，然后加入吡咯单体和多巴胺单体，冷却至5~10℃，加入六水氯化铁，反应8~12h；S3：将S2的产物沉淀，用去离子水洗，反复数次，干燥，研磨成粉即可。所述S1中球磨时间为1~3h。所述的多巴胺单体占吡咯单体的2%~8%。所述S2中反应温度为5~10℃，反应时间为8~12h。在上述技术方案中，一种聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料的制备方法所述步骤中：优选的，硅纳米颗粒和硫掺杂石墨烯烯球磨时间为2h。优选的，多巴胺单体占吡咯单体的3%~6%。优选的，反应温度为8℃。优选的，反应时间为8~10h。一种聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料，由上述所述的一种聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料的制备方法制备。实施例1：S1：制备硅/硫掺杂石墨烯复合材料：取50wt%硅纳米颗粒和30wt%硫掺杂石墨烯，进行球磨3h，得到硅/硫掺杂石墨烯复合材料；S2：制备聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料：将硅/硫掺杂石墨烯复合材料分散至去离子水中，磁力搅拌60min，然后加入20wt%吡咯单体和多巴胺单体，冷却至8℃，加入六水氯化铁，反应12h；S3：将S2的产物沉淀，用去离子水洗，反复5次，干燥，研磨成粉即可。实施例2：S1：制备硅/硫掺杂石墨烯复合材料：取60wt%硅纳米颗粒和25wt%硫掺杂石墨烯，进行球磨2h，得到硅/硫掺杂石墨烯复合材料；S2：制备聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料：将硅/硫掺杂石墨烯复合材料分散至去离子水中，磁力搅拌60min，然后加入15wt%吡咯单体和多巴胺单体，冷却至8℃，加入六水氯化铁，反应10h；S3：将S2的产物沉淀，用去离子水洗，反复5次，干燥，研磨成粉即可。实施例3：S1：制备硅/硫掺杂石墨烯复合材料：取65wt%硅纳米颗粒和15wt%硫掺杂石墨烯，进行球磨2h，得到硅/硫掺杂石墨烯复合材料；S2：制备聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料：将硅/硫掺杂石墨烯复合材料分散至去离子水中，磁力搅拌60min，然后加入20wt%吡咯单体和多巴胺单体，冷却至8℃，加入六水氯化铁，反应10h；S3：将S2的产物沉淀，用去离子水洗，反复5次，干燥，研磨成粉即可。图1具体说明了整个负极材料的制备过程；图2为本专利技术实施例1中负极材料组装成锂离子电池经过1500周的循环，依然能够保持90%的容量不衰减，表明该负极材料具有优异的循环稳定性能。本专利技术提供了一种聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料及制备方法，提高硅基材料的导电性，缓冲硅基材料的体积膨胀，提高锂离子电池的循环性能和倍率性能。以上所述，仅是本专利技术的较佳实施例，并非对本专利技术的技术范围作出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料，其特征在于，所述的负极材料由50wt%~80 wt%硅材料、10wt%~20 wt%石墨烯以及10 wt%~30%包覆在硅材料外的聚合物包覆层组成。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料，其特征在于，所述的负极材料由50wt%~80wt%硅材料、10wt%~20wt%石墨烯以及10wt%~30%包覆在硅材料外的聚合物包覆层组成。


2.根据权利要求1所述的一种聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料，特征在于，所述的硅材料为硅纳米颗粒，粒径为20~100nm。


3.根据权利要求1所述的一种聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料，特征在于，所述的石墨烯为硫掺杂石墨烯。


4.根据权利要求1所述的一种聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料，特征在于，所述的聚合物为聚吡咯/聚多巴胺复合物。


5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料的制备方法，特征在于，包括以下步骤：
S1：制备硅/硫掺杂石墨烯复合材料：取硅纳米颗粒和硫掺杂石墨烯，进行球磨，得到硅/硫掺杂石墨烯复合材料；
S2：制备聚合物包覆硅/硫掺杂石墨烯负极材料：将硅/...

【专利技术属性】
技术研发人员：田军，李国敏，
申请(专利权)人：江西格林德能源有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44