[发明专利]锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池负极材料的制备方法，通过采用喷雾热解法在SiO₂纳米微球表面包覆石墨烯，制得SiO2/石墨烯复合物；利用镁热还原法将制得的SiO₂/石墨烯复合物中的部分SiO₂还原为单质硅，得到SiO₂/Si/石墨烯复合材料，从而提升硅材料的导电性，同时缓解硅材料在充放电时的体积膨胀，并充分利用单质硅作为锂离子电池负极材料比容量高的优点。本发明提供的锂离子电池负极材料的制备方法，制备出来的锂离子电池负极材料，具有优质循环稳定性与倍率性能。

技术领域

本发明涉及电容技术领域，尤其涉及锂离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

硅（Si）具有超高的锂论比容量（3580mAh/g）、良好电子通道、较小应变及促使SEI膜（Solid Electrolyte Interface，固体电解质界面膜）稳定生长的环境等优点。基于上述优点，该材料有望取代石墨而成为下一代高能量密度锂离子电池负极材料。

但是硅颗粒在制备锂离子电池负极材料中，硅颗粒在脱嵌锂时伴随着的体积膨胀和收缩而导致的颗粒粉化、脱落以及电化学性能失效；硅颗粒表面固体电解质层(SEI)的持续生长对电解液以及来自正极的锂源的不可逆消耗等。

因此，Si颗粒在脱嵌锂时的体积膨胀与收缩、以及表面形成的大量SEI膜会影响电化学性能，这是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提出的锂离子电池负极材料的制备方法，旨在解决Si颗粒在充放电过程中由于脱嵌锂所产生的体积膨胀与收缩、以及表面形成大量SEI膜，进而影响电化学性能的技术问题。

本发明提供一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

采用喷雾热解法在SiO₂纳米微球表面包覆石墨烯，制得SiO2/石墨烯复合物；

利用镁热还原法将制得的SiO₂/石墨烯复合物中的部分SiO₂还原为单质硅，得到SiO₂/Si/石墨烯复合材料。

进一步地，采用喷雾热解法在SiO₂纳米微球表面包覆石墨烯，制得SiO2/石墨烯复合物的步骤包括：

使用超声波均化器将SiO2纳米微球分散在氧化石墨、蔗糖、尿素、去离子水、无水乙醇、盐酸中的任意一种或多种之中10~30分钟；

将分散好的SiO2纳米微球材料在20~200℃下剧烈搅拌1~48h，形成混合物；

将混合物置于超声喷雾器中，通入氮气、氩气、氦气中的一种或多种，在气体流速为0.1~100L/s下，形成雾化液滴，将形成的雾化液滴导入管式炉中，升温至500~1500℃，反应1~2h，制得SiO2/石墨烯复合物。

进一步地，SiO2纳米微球的尺寸为1~20nm。

进一步地，所述利用镁热还原法将制得的所述SiO₂/石墨烯复合物中的部分SiO₂还原为单质硅，得到SiO₂/Si/石墨烯复合材料的步骤包括：

将制得的SiO₂/石墨烯复合物与镁粉按照5:1~1:5的比例均匀混合；

将混合镁粉后的SiO2/石墨烯复合物置于氩气下，并在500~1000℃高温中反应1~10h；再用稀盐酸清洗、过滤和干燥，得到SiO₂/Si/石墨烯复合材料。

本发明所取得的有益效果为：