[发明专利]一种包覆石墨烯-硅锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种包覆石墨烯‑硅锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：首先将质量比为1‑2:1的氧化石墨烯和马来酸盐分散到水中，分散喷雾干燥，使其成为粉末状，高温热处理，得到球形石墨烯微球；将含硅浆料与球形石墨烯微球混合均匀后，蒸发掉溶剂后与高温沥青按质量比1‑2:1高速混料后，搅拌然后加热热解，在惰性气氛下高温热处理，然后进行石墨化，得到包覆石墨烯‑硅锂离子电池负极材料。本发明有益效果是：球形石墨烯微球高度分散，马来酸盐、硅和碳分布均匀，首次放电容量可达860以上，首次库伦效率达90％以上，0.1C下充放电，500次循环后容量保持率82％以上。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料制备技术领域，具体涉及一种包覆石墨烯-硅锂离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

随着生产的需求和环境保护意识的提高，新能源成为各国争相发展的重点，其中锂离子电池的发展尤其迅猛，其应用涉及到3C产品、动力装置、储能设备等领域。

目前商业化的锂离子电池负极材料主要为石墨，但理论容量仅为372mAh/g，已逐渐不能满足市场对高能量密度的需求。

硅材料理论容量可以达到4200mAh/g，比目前商用的碳负极材料高一个数量级。但硅材料作为锂离子电池的负极材料存在一个致命的缺陷，就是在锂离子的吸附和脱附过程中，体积变化大，达到300％，从而使硅负极碎裂，导致充放电循环性能极差，难以实现应用。

目前，硅与石墨烯的复合材料常常被用来制作高容量的石墨烯负极材料，采用的技术基本都是硅纳米线或者纳米颗粒表面包覆石墨烯或者其他碳材料来抑制硅材料在充放电过程中的碎裂。但这些方法的主要问题是硅在负极材料中仍然以小颗粒硅的形式存在，充放电过程就难以避免存在体积变化，长期充放电性能仍然是关键问题。

发明内容

为了解决现有技术中石墨理论容量低、硅脱嵌锂造成结构坍塌的技术问题，本发明的目的是提供一种包覆石墨烯-硅锂离子电池负极材料的制备方法。

本发明的技术方案是：

一种包覆石墨烯-硅锂离子电池负极材料的制备方法，首先将质量比为1-2:1的氧化石墨烯和马来酸盐分散到水中，在70-90℃搅拌2h后得到分散液，然后在150-200℃下喷雾干燥，使其成为粉末状，220-250℃处理5h后，再在300-350℃处理5h后，450-500℃处理5h，再在750-800℃处理5h，得到球形石墨烯微球；将含硅浆料与球形石墨烯微球混合均匀后，蒸发掉溶剂后与高温沥青按质量比1-2:1高速混料后，搅拌然后加热热解，在惰性气氛下炭化，炭化温度为1000-1200℃，保温时间为10-12小时，然后进行石墨化，石墨化温度为2800-3000℃，保温时间为10-12小时，得到包覆石墨烯-硅锂离子电池负极材料。

优选的是：首先将质量比为1.5:1的氧化石墨烯和马来酸盐分散到水中，在80℃搅拌2h后得到分散液，然后在180℃下喷雾干燥，使其成为粉末状，240℃处理5h后，再在320℃处理5h后，480℃处理5h，再在780℃处理5h，得到球形石墨烯微球；将含硅浆料与球形石墨烯微球混合均匀后，蒸发掉溶剂后与高温沥青按质量比1.5:1高速混料后，搅拌然后加热热解，在惰性气氛下炭化，炭化温度为1100℃，保温时间为12小时，然后进行石墨化，石墨化温度为2900℃，保温时间为12小时，得到包覆石墨烯-硅锂离子电池负极材料。

本发明有益效果是：球形石墨烯微球高度分散，马来酸盐、硅和碳分布均匀，首次放电容量可达860以上，首次库伦效率达90％以上，0.1C下充放电，500次循环后容量保持率82％以上。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1