一种硅复合负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供硅复合负极材料及其制备方法，涉及锂离子电池电极材料技术领域。包括如下步骤：将氧化石墨烯真空热还原获得石墨烯纳米片；将强酸与硅基材料进行混合，同时添加所述石墨烯纳米片，搅拌5min

【技术实现步骤摘要】
一种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电极材料
，具体涉及一种硅复合负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]气候变化是人类面临的全球性问题，随着各国二氧化碳排放，温室气体猛增，对生命系统形成威胁。在这一背景下，世界各国以全球协约的方式减排温室气体，我国明确提出要加快优化调整产业结构和能源结构。汽车行业是全球温室气体排放的主要领域之一，且随着我国汽车保有量的不断提升，如何减少汽车行业碳排放是十分重要的一环。因此，在碳达峰、碳中和背景下，新能源汽车行业发展显得十分必要，必将迎来快速发展，而新能源汽车行业的快速发展，也将促进锂电产业的发展进入“风口期”。
[0003]硅基材料作为新型的锂离子二次电池用负极材料，相对于石墨材料具有更高的比容量，并且其环境友好、储量丰富、成本较低。但硅负极材料在充放电过程中，导电率性差，且在脱嵌Li
+
的过程中存在较大的体积膨胀，导致相关电极粉化从集流体上剥落，并SEI膜不断破裂生长，消耗大量Li
+
，严重影响锂离子电池的使用寿命。
[0004]针对硅基材料存在的问题，大量工作者通过多孔化、硅合金化等技术，可以显著改善硅材料的电子导电性和体积膨胀，但其循环性能和首次库伦效率仍然不佳。因此，如何对硅基负极材料进行优化，开发出具有高比容量、高首次库伦效率和长循环的负极材料成为本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种硅复合负极材料及其制备方法，解决了硅基负极材料循环性能和首次库伦效率不佳的问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0009]一种硅复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)将氧化石墨烯真空热还原获得石墨烯纳米片；
[0011](2)将强酸与硅基材料进行混合，同时添加所述石墨烯纳米片，搅拌5min
‑
60min后获得浑浊液体经过滤洗涤得到沉淀物；
[0012](3)将六氟磷酸锂加入到有机溶剂中，再置于密闭容器中于60℃～180℃下添加所述沉淀物和氧化铝，反应2h～10h后干燥得到硅复合负极材料。
[0013]优选地，所述步骤(2)中，强酸为浓硫酸、浓硝酸中的至少一种。
[0014]优选地，所述步骤(2)中，石墨烯纳米片与硅基材料的质量比为0.5％～5％。
[0015]优选地，所述步骤(2)中，硅基材料包括纯硅、氧化亚硅、碳包覆硅中的至少一种；
[0016]所述碳包覆硅中碳含量小于5％。
[0017]优选地，所述步骤(3)中，有机溶剂包括无水乙醇、乙二醇、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯中的至少一种。
[0018]优选地，所述步骤(3)中，六氟磷酸锂与所述沉淀物的质量比为1％～5％。
[0019]优选地，所述步骤(3)中，氧化铝与所述沉淀物的质量比为0.5％～2.5％。
[0020]优选地，所述步骤(1)中，真空热还原温度为100℃～2000℃，真空热还原时间为5h～24h。
[0021]另一方面，本专利技术还提供一种由所述的制备方法制备得到的硅复合负极材料，所述硅复合负极材料的首次库伦效率为80.4％～89.5％。
[0022]优选地，所述硅复合负极材料的100圈后容量保持率为86.5％～90.4％。
[0023](三)有益效果
[0024]本专利技术提供了一种硅复合负极材料及其制备方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：
[0025]1、本专利技术硅复合负极材料及其制备方法，用强酸对硅基材料进行氧化，使硅基材料表面形成一层氧化物，氧化物主要为氧化硅，该氧化物可缓解硅的体积膨胀效应；另一方面通过将氧化石墨烯还原获得石墨烯纳米片，再使用强酸对石墨烯纳米片进行氧化，从而获得氧化石墨烯纳米片，氧化石墨烯纳米片与硅基材料表面氧化物通过氢键连接得到包覆层，而纳米级氧化石墨烯片能够均匀地分散在硅基材料表面，得到更加均匀的包覆层，从而进一步抑制硅的体积膨胀效应以及提高硅基材料的电导率，从而提高了硅复合负极材料的首次库伦效率和循环稳定性。
[0026]2、本专利技术硅复合负极材料及其制备方法，通过氧化铝与六氟磷酸锂反应生成二氟磷酸锂，二氟磷酸锂可提供Li
+
进行补充有效Li
+
，从而减少电解液和电池中有效Li
+
的消耗，以及抑制电池阻抗的增大，从而提高了硅复合负极材料的首次库伦效率和循环稳定性。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
[0028]本申请实施例通过提供一种硅复合负极材料及其制备方法，解决了硅基负极材料循环性能和首次库伦效率不佳的问题。
[0029]本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
[0030]本专利技术硅复合负极材料及其制备方法，用强酸对硅基材料进行氧化，使硅基材料表面形成一层氧化物，氧化物主要为氧化硅，该氧化物可缓解硅的体积膨胀效应；另一方面通过将氧化石墨烯还原获得石墨烯纳米片，再使用强酸对石墨烯纳米片进行氧化，从而获得氧化石墨烯纳米片，氧化石墨烯纳米片与硅基材料表面氧化物通过氢键连接得到包覆层，而纳米级氧化石墨烯片能够均匀地分散在硅基材料表面，得到更加均匀的包覆层，从而进一步抑制硅的体积膨胀效应以及提高硅基材料的电导率，从而提高了硅复合负极材料的首次库伦效率和循环稳定性。
[0031]本专利技术硅复合负极材料及其制备方法，通过氧化铝与六氟磷酸锂反应生成二氟磷
酸锂，二氟磷酸锂可提供Li+进行补充有效Li+，从而减少电解液和电池中有效Li+的消耗，以及抑制电池阻抗的增大，从而提高了硅复合负极材料的首次库伦效率和循环稳定性。
[0032]为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
[0033]实施例1
[0034]称取10g氧化石墨烯进行放入管式炉中，并抽至真空，经高温500℃烧结12h，冷却至室温取出获得热还原石墨烯纳米片；
[0035]然后量取20mL浓硫酸和称取20g纯硅粉末进行搅拌混合，同时添加0.1g石墨烯纳米片，经搅拌20min后获得浑浊液体经过滤洗涤、干燥得到沉淀物；
[0036]最后称取0.1g六氟磷酸锂溶解在20mL碳酸乙烯酯有机溶剂中，再置于密闭容器中于100℃温度搅拌下添加10g上述获得的沉淀物和0.1g氧化铝，经反应4h后经干燥得到粉末物，干燥后得到硅复合负极材料。
[0037]实施例2
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯真空热还原获得石墨烯纳米片；(2)将强酸与硅基材料进行混合，同时添加所述石墨烯纳米片，搅拌5min
‑
60min后获得浑浊液体经过滤洗涤得到沉淀物；(3)将六氟磷酸锂加入到有机溶剂中，再置于密闭容器中于60℃～180℃下添加所述沉淀物和氧化铝，反应2h～10h后干燥得到硅复合负极材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，强酸为浓硫酸、浓硝酸中的至少一种。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，石墨烯纳米片与硅基材料的质量比为0.5％～5％。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，硅基材料包括纯硅、氧化亚硅、碳包覆硅中的至少一种；所述碳包覆硅中碳含量小于5％。5.如权利要求1所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁安，张伟，陈道明，周赏，
申请(专利权)人：宜春国轩电池有限公司，
类型：发明
国别省市：