[发明专利]一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法，属于锂离子电池负极材料领域。

背景技术

锂离子电池是目前最具有发展前途和应用前景的高能绿色二次电池。在新型非碳负极材料的研究中，硅基材料因其室温下理论容量高(3579mAh/g)、脱嵌锂电位低(0.02-0.6V vs.Li⁺/Li)而被认为是最有希望提高锂离子电池负极材料性能的材料。但是硅基材料脱嵌锂反应将伴随极大的体积变化(体积膨胀率高达300％)，导致材料的结构遭到破坏和粉化，致使电池的循环性能不断恶化。针对硅的体积效应，目前研究较多的是将硅与具有弹性、导电性好且性能稳定的载体复合，缓冲体积变化，牺牲材料的部分比容量来大幅度提高硅基复合材料的循环性能和倍率性能，其中石墨烯由于其具有较大的比较面积、良好的电导率、机械稳定性和热稳定等优异特性，被广泛应用于硅基复合材料的研究中。聚3，4–乙撑二氧噻吩是一种新型的噻吩衍生物，这种聚合物不仅环境稳定性良好，而且具有高导电性，在锂离子电池正极材料、粘结剂、电解液添加剂中均有应用。而在硅基负极材料的应用研究中不多：中国专利申请号201110199707.6及201310567080.4提出使用聚(3,4-乙撑二氧噻吩)原位包覆纳米硅之后热解作为碳源制备硅碳复合材料，但上述两种方法均采用了高温煅烧的，聚合物的结构被破坏，且采用其它的碳源材料煅烧后也可以达到同样的效果；中国专利申请号201210579492.5指出了使用聚3，4-乙撑二氧噻吩作为硅负极用水性粘结剂，但其仅仅起到粘结剂的作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种提高锂离子电池硅基材料的导电性和机械稳定性，并改善其循环性能的锂离子电池复合负极材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种锂离子电池复合负极材料，在活化处理的纳米硅表面包覆有聚3，4—乙撑二氧噻吩和石墨烯的复合材料。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述锂离子电池复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)用浓硫酸和过氧化氢溶液对纳米硅进行活化处理；

2)将活化后的纳米硅、聚3，4—乙撑二氧噻吩和浓硫酸加入到氧化石墨烯溶液中超声分散后，加入(NH₄)₂S₂O₈，冰浴中搅拌6～24h后用去离子水洗涤，再配成混合水溶液；

3)将聚乙烯吡咯烷酮加入到上述混合水溶液中，充分搅拌后，在120～180℃下反应6～24h，自然冷却至室温，再用去离子水洗涤，将洗涤后的产物进行真空干燥即得到所述的锂离子电池复合负极材料。

上述的制备方法，优选的，所述步骤1)中，纳米硅活化处理的具体过程为：将浓硫酸与过氧化氢溶液配制成混合溶液，将纳米硅粉缓慢加入到所述混合溶液中，超声分散后在60～90℃油浴中磁力搅拌1～6小时；过滤溶液中硅粉，依次用去离子水和乙醇清洗，最后进行真空干燥，即完成纳米硅的活化处理过程。

上述的制备方法，优选的，所述过氧化氢的浓度不高于30％；所述浓硫酸与过氧化氢溶液的体积比为2～3:1。

上述的制备方法，优选的，所述步骤2)中，聚3，4—乙撑二氧噻吩的质量占活化处理的纳米硅质量的5％～15％；氧化石墨烯的质量占活化处理的纳米硅质量的10％～20％。

上述的制备方法，优选的，所述步骤2)中，(NH₄)₂S₂O₈加入的质量为聚3，4—乙撑二氧噻吩的质量的1.5～4倍；浓硫酸的加入量为使氧化石墨烯溶液的pH为1.5～2.5。

上述的制备方法，优选的，所述聚乙烯吡咯烷酮的质量为氧化石墨烯质量的1～5倍。