[发明专利]一种Si/SiOx/rGO负极复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种Si/SiO_x/rGO负极复合材料的制备方法，涉及锂离子电池负极硅基复合材料技术领域，包括以下步骤：GO制备、Si/SiO_x制备、羟基化Si/SiO_x制备、Si/SiO_x/rGO制备。本发明将石墨烯和硅纳米颗粒进行复合制得Si/SiOx/rGO负极复合材料，结合了石墨烯的高导电性和高比表面积与硅的高能量密度的优点，且改善了硅纳米颗粒的分散性，缓解硅纳米颗粒在电池充放电时严重的体积变化，提高纳米硅与氧化石墨的结合牢度，制得的复合材料具有良好的导电性能和循环性能，为锂离子电池负极材料发展提供新的方向同时拓宽锂离子电池在新能源新材料领域的发展，整个制备工艺简单易操作。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极硅基复合材料技术领域，尤其涉及一种Si/SiO_x/rGO负极复合材料的制备方法。

背景技术

进入21世纪，随着经济和社会的发展，人们对于能源的需求不断增加。其中化学电源替代传统的化石能源能够有效地缓解能源危机及环境污染问题。由于锂离子电池具有能量密度高、开路电压高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等突出优势，被广泛应用于便携式电子市场、电动汽车、航天等领域。但是目前的锂离子电池技术不能满足持续增长的能量密度需求，且有倍率性能差、充放电速度慢等缺点，导致了电动汽车的行驶路程短、充电时间长、启动速度慢等缺陷。因此，研发高比容量和高比能量的锂离子电池材料是当前科研工作者亟需解决的问题之一。负极材料的能量密度是影响锂离子电池能量密度的主要因素之一，负极材料在锂离子电池化学体系中起着至关重要的作用。目前应用最广的为石墨负极材料，理论容量为372mAh/g，而已经商业化的高端石墨材料的实测容量达到365mAh/g，所以需要开发新的高能量密度的负极材料来推动锂离子电池的发展。

半导体硅是目前众多的负极材料中能量密度最高的，可达4200mAh/g，能够与金属锂形成多种合金化合物，成为最具吸引力的新一代锂离子电池负极材料。但是硅负极在电池充放电储锂过程中会发生剧烈的体积膨胀，可高达300％，导致电极的粉碎，进而导致电池的寿命和循环稳定性变差，限制了硅材料的进一步扩大应用，需要对其进行改性。其中一种常用的改性方法便是硅与碳类材料的复合。作为一种新兴的二维碳纳米材料，石墨烯具有很多优异的性能，纯石墨烯理论比容量为744mAh/g，是石墨理论比容量(372mAh/g)的2倍，常温下其电子迁移率超过15000cm²/(V·s)而电阻率只约为10^-6Ω·cm。但是由于石墨烯的片层结构非常容易堆叠，导致石墨烯失去原本的结构优势，所以它用作电池的负极时，电化学性能比较差，同时由于纳米硅在溶液中的分散性比较差并且与氧化石墨烯(GO)的界面结合力也很弱，容易导致硅纳米颗粒不能完整的被石墨烯所包覆。

现有技术中常采用静电自组装的方法将还原氧化石墨烯与硅纳米颗粒结合起来，对纳米硅进行表面改性处理，但该方法仍不能使纳米硅完整的被石墨烯所包覆，阻碍了硅基负极材料的发展。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种Si/SiO_x/rGO负极复合材料的制备方法，制备的负极复合材料结合了石墨烯的高导电性和高比表面积与硅的高能量密度的优点，具有良好的导电性能和循环性能。

本发明提出的一种Si/SiO_x/rGO负极复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、GO制备：制备氧化石墨烯GO；

S2、Si/SiO_x制备：将球状纳米硅在氧化性气流中加热，获得氧化亚硅包裹纳米硅颗粒的Si/SiO_x材料，其中0<x<2；