基于石墨烯的锂离子电池复合负极材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及电极材料制备技术领域，具体涉及一种基于石墨烯的锂离子电池复合负极材料的制备方法：步骤一、通过羧甲基纤维素和者羟丙基纤维素溶液和石墨制得石墨分散液；步骤二、将碱性硅溶胶加入到石墨分散液中，通过干燥得到石墨/二氧化硅复合物；步骤三、在惰性气体保护下，将石墨/二氧化硅复合物与镁粉和氯化钠混合，经分离洗涤得到石墨/硅复合物；步骤四、将羟丙基纤维素溶液、水，搅拌加入石墨/硅复合物和苯乙烯至丙烯腈共聚乳液混合，得到石墨/硅/丙烯腈分散液；经干燥后获得基于镁热还原的锂离子电池硅碳复合材料。本发明专利技术是针对现有技术的不足而提供的一种基于石墨烯的锂离子电池复合负极材料的制备方法。子电池复合负极材料的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
基于石墨烯的锂离子电池复合负极材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及电极材料制备
，具体涉及一种基于石墨烯的锂离子电池复合负极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，各种便携式电子产品日益普及和发展中的电动汽车等对电池能源的能量密度、使用寿命等诸多方面提出了更高的要求。与其他二次电池相比，锂离子电池在性能上具有显著的优越性，比如工作电压高、能量密度高、循环寿命长以及无污染等。改善和提高锂离子电池性能的关键是选取充放电性能良好的正负极材料，尤其四锂离子电池负极是电池的重要组成部分，它的结构与性能直接影响锂离子电池的容量和循环性能。
[0003]石墨是目前商业化锂离子电池主流的负极材料，其充放电的理论比容量为372mAh/g，充放电循环性能好。经过国内外科研人员的潜心研究，石墨负极的比容量已达到350
‑
360mAh/g，使石墨材料的实际容量发挥到极至。但石墨负极材料仍然难于满足超轻薄移动电子产品的高能量密度的要求。因此，通过寻找新的负极材料，调整材料结构等研制出高比容量、循环寿命长、低成本，并且无环境污染的锂离子电池负极材料，无疑具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，现提供一种基于石墨烯的锂离子电池复合负极材料的制备方法。
[0005]本专利技术提供如下技术方案：一种基于石墨烯的锂离子电池复合负极材料的制备方法，其包括以下步骤:
[0006]步骤一、将25至35质量份，浓度为0.5至2.5wt％的羧甲基纤维素和者羟丙基纤维素溶液，以及30至40质量份的石墨粉混合搅拌加入60至70质量份的80摄氏度的去离子水中获得石墨分散液；
[0007]步骤二、石墨/二氧化硅复合物的制备：将5
‑
10质量份15至50％的碱性硅溶胶加入到石墨分散液中，得到石墨/碱性硅溶胶分散体系，干燥，在惰性气氛下，升温到600至1000℃并保温0.5至5小时，然后冷却到室温，得到石墨/二氧化硅复合物；
[0008]步骤三、在惰性气体保护下，将0.1至5质量份的石墨/二氧化硅复合物与相当于石墨/二氧化硅复合物5
‑
50wt％的镁粉与2至20质量份的氯化钠混合，随后在惰性气氛下进行热处理，在500
‑
1000℃保温0.5至5小时，然后冷却，将冷却后的产物用酸溶液洗涤、离心分离，得到的产物再用去离子水洗涤，并离心分离除水，得到石墨/硅复合物；
[0009]步骤四、将8至10质量份0.5至2.0％羧甲基纤维素或者羟丙基纤维素溶液、20质量份水，搅拌溶液并加入石墨/硅复合物25至35质量份，再和7至12质量份20至40wt％苯乙烯至丙烯腈共聚乳液混合，得到石墨/硅/丙烯腈分散液，保证整个体系的固含量维持在40至50％，随后进行真空干燥；将干燥后样品置于惰性气体保护气氛的热处理装置中，升至600
至900℃下保温4至8小时，冷却，得到基于镁热还原的锂离子电池硅碳复合材料。
[0010]优选的，所述苯乙烯
‑
丙烯腈共聚乳液由以下方法制备：在去离子水100质量份中溶解0.8
‑
2.5质量份的十二烷基硫酸钠(SDS)乳化剂，边搅拌边加入苯乙烯15
‑
50重量份和丙烯腈80
‑
100重量份进行乳化，得到单体乳化分散液；往反应器中加入去离子水30
‑
120重量份，碳酸铵0.1
‑
0.4重量份，升温到80摄氏度，加入0.5
‑
1.5重量份过硫酸铵溶解在8
‑
20重量份水中配成的引发剂溶液，用4
‑
6小时滴加单体乳化分散液，再熟成2小时得到苯乙烯
‑
丙烯腈共聚乳液。
[0011]优选的，石墨优选天然石墨、人造石墨的一种或两种的混合物。
[0012]优选的，所述石墨/硅复合物的粒径为8
‑
30um，其中硅粒径在20
‑
100nm之间；所述硅碳复合材料粒径为8
‑
30um，其中硅粒径在20
‑
100nm之间。
[0013]优选的，通过加入乙醇来调整所述石墨/硅复合物分散体系的固含量为10
‑
30％。
[0014]本专利技术有益效果为：石墨与阳离子分散剂结合，使石墨表面带上正电荷，由于同性电荷相排斥，避免了石墨颗粒团聚的现象；碱性硅溶胶表面带负电荷，同样由于同性电荷相排斥，避免了二氧化硅团聚的现象；表面带正电荷的石墨与带负电荷的二氧化硅由于异性电荷吸引的原因，结合得更均匀，产物的电化学容量高，循环寿命佳。该方法将SiO2通过镁热还原的方法，优化反应温度和时间来控制生成Si颗粒的大小，将SiO2还原成一定大小的Si颗粒，解决了硅颗粒过大，在锂电池充放电循环过程中体积膨胀会很大，导致负极活性材料从负极集流体脱落，影响循环寿命的问题，提高了锂离子电池硅碳复合材料的循环寿命。
具体实施方式
[0015]下面对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0016]一种基于石墨烯的锂离子电池复合负极材料的制备方法，其包括以下步骤:
[0017]步骤一、将25至35质量份，浓度为0.5至2.5wt％的羧甲基纤维素和者羟丙基纤维素溶液，以及30至40质量份的石墨粉混合搅拌加入60至70质量份的80摄氏度的去离子水中获得石墨分散液；
[0018]步骤二、石墨/二氧化硅复合物的制备：将5
‑
10质量份15至50％的碱性硅溶胶加入到石墨分散液中，得到石墨/碱性硅溶胶分散体系，干燥，在惰性气氛下，升温到600至1000℃并保温0.5至5小时，然后冷却到室温，得到石墨/二氧化硅复合物；
[0019]步骤三、在惰性气体保护下，将0.1至5质量份的石墨/二氧化硅复合物与相当于石墨/二氧化硅复合物5
‑
50wt％的镁粉与2至20质量份的氯化钠混合，随后在惰性气氛下进行热处理，在500
‑
1000℃保温0.5至5小时，然后冷却，将冷却后的产物用酸溶液洗涤、离心分离，得到的产物再用去离子水洗涤，并离心分离除水，得到石墨/硅复合物；
[0020]步骤四、将8至10质量份0.5至2.0％羧甲基纤维素或者羟丙基纤维素溶液、20质量份水，搅拌溶液并加入石墨/硅复合物25至35质量份，再和7至12质量份20至40wt％苯乙烯至丙烯腈共聚乳液混合，得到石墨/硅/丙烯腈分散液，保证整个体系的固含量维持在40至50％，随后进行真空干燥；将干燥后样品置于惰性气体保护气氛的热处理装置中，升至600至900℃下保温4至8小时，冷却，得到基于镁热还原的锂离子电池硅碳复合材料。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯的锂离子电池复合负极材料的制备方法，其特征在于,包括以下步骤:步骤一、将25至35质量份，浓度为0.5至2.5wt％的羧甲基纤维素(CMC)和者羟丙基纤维素(HPC)溶液，以及30至40质量份的石墨粉混合搅拌加入60至70质量份的80摄氏度的去离子水中获得石墨分散液；步骤二、石墨/二氧化硅复合物的制备：将5
‑
10质量份15至50％的碱性硅溶胶加入到石墨分散液中，得到石墨/碱性硅溶胶分散体系，干燥，在惰性气氛下，升温到600至1000℃并保温0.5至5小时，然后冷却到室温，得到石墨/二氧化硅复合物；步骤三、在惰性气体保护下，将0.1至5质量份的石墨/二氧化硅复合物与相当于石墨/二氧化硅复合物5
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50wt％的镁粉与2至20质量份的氯化钠混合，随后在惰性气氛下进行热处理，在500
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1000℃保温0.5至5小时，然后冷却，将冷却后的产物用酸溶液洗涤、离心分离，得到的产物再用去离子水洗涤，并离心分离除水，得到石墨/硅复合物；步骤四、将8至10质量份0.5至2.0％羧甲基纤维素(CMC)或者羟丙基纤维素(HPC)溶液、20质量份水，搅拌溶液并加入石墨/硅复合物25至35质量份，再和7至12质量份20至40wt％苯乙烯至丙烯腈共聚乳液混合，得到石墨/硅/丙烯腈分散液，保证整个体系的固含量维持在40至50％，随后进行真空干燥；将干燥后样品置于惰性气体保护气氛的热处理装置中，升至600至900℃下保温4至8小时，冷却，得到基于镁热还原的锂离子电池硅碳复合材料。2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的锂离子电池复合负...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭立，
申请(专利权)人：重庆立弘时代新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：