一种锂离子电池用膨胀石墨纳米硅复合负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池用膨胀石墨纳米硅复合负极材料及其制备方法，先将高纯鳞片石墨制备成可膨胀石墨；然后在反应系统中将可膨胀石墨制备成膨胀石墨；同时，硅烷在惰性气体的保护下，硅烷热分解生成纳米硅，沉积在膨胀石墨片层之中及表面，通入乙炔气，反应产物随气流进入到碳包覆段，形成以膨胀石墨为骨架纳米硅沉积在膨胀石墨片层及表面后外面再包覆一层碳材料的复合负极材料。与现有技术相比，本发明专利技术巧妙的利用膨胀石墨做为整个复合材料的骨架，利用膨胀石墨中石墨片层的优秀导电性，膨胀石墨的孔洞、空隙为纳米硅脱嵌锂过程中膨胀预留充分膨胀空间，从而抑制了脱嵌锂过程中复合材料的体积膨胀，保证整个材料在循环过程中的稳定性。过程中的稳定性。过程中的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用膨胀石墨纳米硅复合负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池用硅负极材料，尤其是一种锂离子电池用膨胀石墨纳米硅复合负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应等众多优点，已经广泛应用于消费电子领域、电动汽车领域、储能电站领域；随着锂电池的应用的普及，对高能量密度锂离子电池的需求日益增长。目前石墨负极的实际应用容量已经很接近其理论比容量(372mAh/g)。难以满足市场对锂电池能量密度的增长需求。
[0003]硅因其十倍于石墨的理论比容量(4200mAh/g)，并且硅储量丰富、价格低廉、较低的充放电电压有望成为锂离子电池新一代负极材料，引起了广大研究者的注意，但硅材料作为锂离子电池负极材料在脱锂和嵌锂过程中伴随着巨大的体积膨胀(大于300％)，会引起电极材料的开裂粉化，造成容量快速衰减，此外硅材料导电性较差难以实现锂离子和电子的快速运输等问题，导致其循环稳定性和倍率性能较差。限制了其推广应用。如何针对硅材料的缺点，设计新型的材料结构，成为目前亟待解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用膨胀石墨纳米硅复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将鳞片石墨与氧化剂、插层剂水溶液在加热情况下进行搅拌混合，经水洗、过滤、烘干，得到可膨胀石墨A；S2、将步骤S1制备的A送入反应系统硅沉积段中，在高温下，可膨胀石墨A层间的氧化物和插层剂瞬间分解与气化把可膨胀石墨片层推开，制成膨胀石墨B；S3、在步骤S2进行的同时，将高纯硅烷与惰性气体按照一定比例混合后，一同送入到反应系统硅沉积段中，硅烷热分解生成纳米硅颗粒，纳米硅沉积在膨胀石墨B的石墨片层之中及表面上，得到中间产物C；S4、中间产物C随着气流进入到反应系统碳包覆段，将高纯乙炔输送至反应系统，控制乙炔流量和反应系统乙炔沉积段的乙炔浓度，反应温度为600
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1200℃，压力为0.01
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100KPa，控制物料在此段的反应停留时间为0.5
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5h，高纯乙炔发生热解反应，碳沉积在中间产物C的表面，得到中间物D；S5、将中间物D经过冷却、分级、筛分，即得膨胀石墨纳米硅复合负极材料。2.根据权利要求1所述的锂离子电池用膨胀石墨纳米硅复合负极材料的制备方法，其特征在于，S1中鳞片石墨纯度≥99.5％，粒度为0.1μm
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45μm；氧化剂为非含硫、氮元素的高锰酸钾、重络酸钾、三氧化络、氯酸钾、双氧水中的一种或多种；插层剂为非含硫、氮元素的磷酸、高氯酸、冰乙酸中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池用膨胀石墨纳米硅复合负极材料的制备方法，其特征在于，S1中，鳞片石墨：氧化剂：插层剂的用量比为0.1
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10kg：0.1
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10L：0.26<...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷桂湘，史鑫磊，唐爱菊，蔡桂凡，林少雄，梁栋栋，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：