一种石墨烯基硅碳负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种石墨烯基硅碳负极材料的制备方法，涉及负极材料制备技术领域。本发明专利技术包括以下步骤：S1：将纳米硅粉、阳离子聚电解液混合，干燥，得到带有正电荷的纳米硅粉；S2：将氧化石墨烯与阴离子聚电解质混合，干燥后得到带有负电荷的氧化石墨烯；S3：将上述物质混合后用有机碳源包覆，模压，得到密实坯体；S4：将密实坯体经热解碳化、造粒后，得到硅碳复合颗粒；S5：将硅碳复合颗粒与石墨混合后，用有机碳源包覆，碳化后得到石墨烯基硅碳负极材料。本发明专利技术通过自组装完成纳米硅、氧化石墨烯的复合，使得负极材料具有很好的锂离子的传输效率，好的体积膨胀缓冲能力，高的体积能量密度，负极材料的循环稳定性好。负极材料的循环稳定性好。负极材料的循环稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯基硅碳负极材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及负极材料制备
，具体涉及一种石墨烯基硅碳负极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池在便携式电子设备(手机、笔记本电脑等)以及新能源汽车领域已广泛应用。随着时代的发展，人们对锂离子电池的能量密度要求越来越高，特别在电动汽车领域，续航焦虑已经成为了电动汽车的发展瓶颈。为了解决这一问题，寻找高比容量、高循环寿命等特点的新型电池材料被提上日程。
[0003]石墨材料是目前主要的商用负极材料，其具有不可逆容量损失小、10％左右的体积膨胀率以及性能稳定等优点。但是理论克比容量只有372mAh/g，已经几乎没有了进一步提升能量密度的空间。
[0004]硅具有高达4200mAh/g的克比容量，已经成为了下一代锂电负极材料的热门。但是硅在充放电过程中的体积膨胀超过的300％，从而促使硅晶体的破碎以及极片中粘结剂的失效，循环寿命不长。目前市面上的硅碳负极材料克比容量在400
‑
700mAh/g之间，但循环寿命差阻碍了推广。
[0005]石墨烯材料具有优秀的导电性、柔韧性和化学稳定性，并且石墨烯存在大量的褶皱微观结构，能给纳米硅提供膨胀缓冲空间。但石墨烯的体积能量密度较低。
[0006]现有技术中在将石墨烯应用到负极材料的生产中时，往往是通过简单的混合来添加石墨烯，这样做，在进行电子传输的过程中屏障较多，会严重降低负极材料的锂离子的传输效率。在进行充放电过程中电池的工作性能衰减的较快，循环稳定性差。
专利
技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提供一种石墨烯基硅碳负极材料的制备方法，解决现有技术中锂离子的传输效率低、电池循环稳定性差的技术问题。
[0008]为达到上述技术目的，本专利技术的技术方案提供一种石墨烯基硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1：将粒径为100
‑
200nm的纳米硅粉在水中分散以后，加入阳离子聚电解液，抽滤后80
‑
85℃下真空干燥6h，得到带有正电荷的纳米硅粉，纳米硅粉、阳离子聚电解液的质量/体积比为2：10
‑
13，所述阳离子聚电解液为聚二烯二甲基氯化铵、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡啶中的一种或多种；
[0010]S2：将氧化石墨烯与阴离子聚电解质混合，加水溶解，经抽滤、真空干燥后得到带有负电荷的氧化石墨烯，氧化石墨烯与阴离子聚电解质的质量比为5
‑
7：1，阴离子聚电解质为聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯磺酸、聚乙烯磷酸、聚甲基丙烯酸中的一种或多种；
[0011]S3：将所述带有正电荷的纳米硅粉、带有负电荷的氧化石墨烯混合后得到纳米硅粉、氧化石墨烯复合物，再用有机碳源包覆，所述有机碳源为沥青、葡萄糖、淀粉、多巴胺盐
中的一种或多种，在10
‑
14吨压力下进行模压，得到密实坯体；
[0012]S4：将所述密实坯体经1000
‑
1100℃下保温2h热解碳化、造粒后，得到硅碳复合颗粒；
[0013]S5：将所述硅碳复合颗粒与石墨混合后，用有机碳源包覆，并进行高温热解碳化后得到石墨烯基硅碳负极材料，所述有机碳源为沥青、葡萄糖、淀粉、多巴胺盐中的一种或多种。
[0014]本专利技术中首先让纳米硅粉带有正电荷、氧化石墨烯带有负电荷，然后通过自组装，完成纳米硅粉、氧化石墨烯的复合，然后再使用有机碳源包覆，并烧结过程中碳化，这样的处理过程使得，硅颗粒能够均匀的镶嵌在氧化石墨烯的片层结构中，这种结构既可以避免硅颗粒与电解液的直接接触，还可以使得硅颗粒与氧化石墨烯一直保持良好的电接触，同时对于硅颗粒的体积变化起到了一定的缓解作用，所以表现出了很小的极化和较高的容量保持率。另外经过模压、碳化的过程使得硅颗粒、氧化石墨烯表面会存有丰富的碳，使得在负极材料使用的过程中能够有较好的锂离子的传输效率。
[0015]同时石墨烯具有润滑的作用，在模压的过程中有利于提升粉体压实密度，提高体积能量密度。另外石墨烯丰富的皱褶结构也能够缓冲了纳米硅的体积膨胀，进一步降低电池循环过程中带来的体积膨胀，从而提升循环稳定性。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：通过自组装完成纳米硅、氧化石墨烯的复合，使得硅颗粒能够均匀的镶嵌在氧化石墨烯的片层结构中，再通过碳化使得二者混合体表面能够存有丰富的碳，所以负极材料具有很好的锂离子的传输效率；另外石墨烯提供褶皱空间，缓冲纳米硅的体积膨胀，再通过模压来提高材料的体积能量密度，能够很明显的提升硅碳负极材料的循环稳定性。
附图说明
[0017]图1是本专利技术具体实施方式中提供的供一种石墨烯基硅碳负极材料的制备方法模压过程中使用到的模具的结构图；
[0018]图2为本专利技术具体实施方式中提供的一种石墨烯基硅碳负极材料的制备方法制备的石墨烯基硅碳负极材料的电镜显微图；
[0019]图3为本专利技术具体实施方式中提供的一种石墨烯基硅碳负极材料的制备方法制备的石墨烯基硅碳负极材料的比容量
‑
电压曲线图；
[0020]图4为本专利技术具体实施方式中提供的一种石墨烯基硅碳负极材料的制备方法制备的石墨烯基硅碳负极材料的循环衰减曲线图。
具体实施方式
[0021]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0022]实施例1
[0023]本实施例提供一种石墨烯基硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0024]S1：将2g粒径为100nm的纳米硅粉在300ml水中分散以后，搅拌状态下加入10ml的
聚二烯二甲基氯化铵，抽滤后80℃下真空干燥6h，得到带有正电荷的纳米硅粉；
[0025]S2：将0.5g氧化石墨烯与0.1g聚苯乙烯磺酸钠混合，加50ml水溶解，搅拌1h后抽滤，用去离子水淋洗5次，80℃下真空干燥6h，得到带有负电荷的氧化石墨烯；
[0026]S3：将所述带有正电荷的纳米硅粉、带有负电荷的氧化石墨烯混合后加入到500ml去离子水中，搅拌0.5h，抽虑后80℃真空干燥6h，得到纳米硅粉、氧化石墨烯复合物，用四氢呋喃溶解0.2g沥青，然后加入纳米硅粉、氧化石墨烯复合物，搅拌10min，然后在搅拌的状态下烘干四氢呋喃溶剂，得到混合体；
[0027]S4：将所述混合体在10吨压力下进行模压，得到密实坯体，所述模压的模具如图1所示，将包覆以后的包覆体放入模具中心，然后在模具盖子上施压，进行模压；
[0028]S5：将所述密实坯体以氩气为保护气，经1000℃下保温2h热解碳化、造粒后，得到硅碳复合颗粒；
[0029]S6：将硅碳复合颗粒研磨后过300目筛网，与15g人工石墨混合，加入到溶解有2g沥青的四氢呋喃溶液中，搅拌10min，然后在搅拌的状态下烘干四氢呋喃溶剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯基硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将纳米硅粉在水中分散以后，加入阳离子聚电解液，抽滤后真空干燥，得到带有正电荷的纳米硅粉；S2：将氧化石墨烯与阴离子聚电解质混合，加水溶解，经抽滤、真空干燥后得到带有负电荷的氧化石墨烯；S3：将所述带有正电荷的纳米硅粉、带有负电荷的氧化石墨烯混合后用有机碳源包覆，然后在10
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14吨压力下进行模压，得到密实坯体；S4：将所述密实坯体经热解碳化、造粒后，得到硅碳复合颗粒；S5：将所述硅碳复合颗粒与石墨混合后，用有机碳源包覆，并进行高温热解碳化后得到石墨烯基硅碳负极材料。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯基硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述纳米硅粉的粒径为100
‑
200nm。3.根据权利要求1所述的一种石墨烯基硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中纳米硅粉、阳离子聚电解液的质量/体积比为2：10
‑
13。4.根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴百雄，张建广，揭松，尉茂，张硕，温志鹏，吕庆驰，黄继文，彭鹏，
申请(专利权)人：湖北犇星硅基材料有限公司，
类型：发明
国别省市：