[发明专利]制造硅-碳-石墨烯合成物的方法

说明书

本发明公开了制造硅‑碳‑石墨烯合成物的方法、通过该制造方法制造的合成物及应用该合成物的蓄电池，一实施例提供一种制造硅‑碳‑石墨烯合成物的方法，其特征在于包括：步骤1：通过在硅中添加碳前驱体溶液并进行湿式粉碎制造悬浮液的步骤)；步骤2：通过对所述悬浮液进行喷雾干燥，形成硅‑碳合成物的步骤；步骤3：通过将所述硅‑碳合成物及石墨烯氧化物的混合溶液进行喷雾干燥并进行热处理的步骤。

技术领域

本发明涉及制造硅-碳-石墨烯合成物的方法，基于该制造方法制造的合成物及应用该合成物的蓄电池，更具体而言，涉及一种预处理废硅沉淀物，将其与添加剂一起混合后进行喷雾干燥及热处理并制造出硅-碳-石墨烯合成物的方法，基于该制造方法制造的合成物及应用该合成物的蓄电池。

背景技术

在切割用于制造半导体及用于太阳能电池的硅片的硅锭的工艺中，产生包括大量的硅粒子的沉淀物，其中大部分作为废弃物而被处理。但是，从废硅沉淀物分离且回收的硅，为了高附加值地再利用，如果作为锂离子蓄电池阴极材料应用，则在经济及环境方面可取得更大的效果。锂离子蓄电池基于其高输出和高能量特性可作为可携带电子设备、混合驱动汽车等的主用能源供应源，在能源产业领域受到瞩目。目前作为锂离子蓄电池阴极材料使用的碳系列阴极材料虽然能够在短时间内库仑效率能够达到99.9％，但是，电容量具有极限。作为用于克服该极限的著名的阴极材料，硅系列阴极材料十分受欢迎，相比于碳系列阴极材料，其电容量大约可表现为10倍以上。但是，硅由于锂离子蓄电池的充放电时发生的大体积变化，导致电极发生龟裂，由于锂离子和电解液的分解反应，硅表面形成连续的不稳定的固体电解质界面(Solid Electrolyte Interface，SEI)，随着充放电周期的进行，存在电容量减少的问题。为了解决该问题，研究人员正在进行如何合成硅和碳系列物质的研究。

刘等(Liu et al.，2012)公开了利用中空核壳(yolk-shell)设计，在硅粒子上涂布碳以改善问题的研究。在碳前驱体中使用聚多巴胺(polydopamine)，经过碳化过程并制造，在硅表面上涂布硅氧化物后并去除，从而生成空隙(void)。但是，通过涂布碳很难容忍充放电时产生的硅大体积变化，而且出现了由于去除硅氧化物时使用有害物质引起环境污染的问题。

刘等(Liu et al.，2015)利用冻结干燥法和水相还原法，通过在微米级尺寸的硅粒子上复合石墨烯，并制造，锂离子蓄电池特性评价结果显示750mAh/g的低容量值。经分析可知，具有1至10微米级尺寸的硅粒子在充放电时发生的大体积变化，从而导致电极的龟裂，因此即使存在有石墨烯，也发生电极的龟裂。

因此，有必要开发一种复合硅和碳系列物质并进行充放电时能够充分地忍受硅的大体积变化且可提高充放电特性的电极材料。

【先行技术文献】

【非专利文献】

(非专利文献1)Liu，N.，Wu，H.，McDowell，M.T.，Yao，Y.，Wang，C.and Cui，Y.(2012)，用于稳定且可伸缩的锂离子电池的阳极的中空核壳设计(AYolk-Shell Designfor Stabilized and Scalable Li-Ion Battery Alloy Anodes)，纳米快报(NanoLetters)，6，3315-3321。(2012年12月公开)

(非专利文献2)Liu，X.，Chao，D.，Zhang，Q.，Liu，H.，Hu，H.，Zhao，J.，Li，Y.，Huang，Y.，Lin，J.，and Shen，A.X.(2015)，在保护微米级硅电极衰减中亲锂性巨型氮掺杂石墨烯的作用(The roles of lithium-philic giant nitrogen-doped graphene inprotecting micron-sized silicon anode from fading)，科学报告(ScientificReports)，5，15665。(2015年10月公开)

发明内容