[发明专利]一种具有双缓冲层三维复合结构硅石墨烯基锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种具有双缓冲层三维复合结构硅石墨烯基锂离子电池负极材料及其制备方法；以商业化的硅粉作为锂离子电池的负极原料，首先对硅粉原料进行预处理，使之表面形成官能团，这种官能团具有阻止原料发生团聚和增加它与包覆层的粘结性双重作用；然后对此原料进行导电聚合物的包覆，我们选取的导电聚合物为具有极好导电性和延展性的聚苯胺，最后通过静电吸附作用，将石墨烯包裹在材料上；此材料具有双缓冲层三维结构，有效缓解了原材料的体积膨胀效应，为高比能锂离子电池更广泛的应用、推动我国新能源汽车产业的健康发展提供了动力保障。

技术领域

本发明属于锂离子电池基础领域，特别涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

为应对日益突出的燃油供求矛盾和环境污染问题，我国已经将发展新能源汽车作为国家战略，这也是我国汽车工业实现弯道超车的关键所在，而动力电池作为汽车的心脏，是发展新能源汽车产业的关键。那么如何提高锂离子电池的比能量成为了现在各大科研机构亟待突破的问题。

目前商用锂离子电池负极材料为石墨，但是石墨的理论比容量较低(330mAh/g)，而且石墨负极容易出现“析锂”,发生安全隐患。这些致命的缺陷已无法满足目前人们对于高容量电池的需求。而硅材料以其较高的比容量(4200mA/h)，地壳中含量丰富，脱嵌锂电位低，不会发生由于“析锂”而出现安全隐患等诸多优点，成为了人们的研究热点。

同时，硅负极在应用过程中面临体积膨胀效应的挑战：1在脱嵌锂过程中会发生400％的体积膨胀效应，引起硅颗粒由于应力作用而破碎，从而失去电化学活性；2由于体积效应，不能形成稳定的固体电解质界面膜，造成电解液的多次分解，降低了材料的电导率；3由于体积效应而与集流体失去电接触。这将会导致电池内阻增加，容量与循环性能下降明显，是阻碍锂离子电池硅负极进入商业化应用的主要问题，因此如何缓解硅负极在充放电过程中的体积效应与增加硅负极的电导率成为了此研究领域亟待解决的难点问题，也是此领域学者进行前沿性研究的重点方向。

中国专利公开第CN104916826A号，公开了一种石墨烯包覆硅负极材料及其制备方法，采用静电自组装法制得石墨烯包覆硅负极材料，能够缓冲硅电极的膨胀，石墨烯更具有优良的导电性以增强电子在石墨烯包覆硅中的传递效率，有利于提高石墨烯包覆硅的储锂比容量与循环性能

中国专利公开第CN106025243 A号，公开了一种锂离子电池负极材料的制备方法，它设计了一种双壳层结构的硅碳复合材料，内层为碳包覆层，外壳为导电聚合物薄膜，这种特殊的结构有效缓解了硅材料在充放电过程中的体积膨胀效应，提高了材料的循环性能和倍率性能。虽然对于材料的性能有所改善，但是改善效果有限，除此之外，整个材料的制作工艺流程比较复杂，成本较高，没有体现绿色高效的设计理念。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有双缓冲层三维复合结构硅石墨烯基锂离子电池负极材料及其制备方法，以解决上述技术问题。本发明设计了一种双缓冲层三维结构，在一定程度上有效克服了材料本身的缺陷，大大提高了锂离子电池的比容量，促进了高比能动力锂离子电池的发展。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有双缓冲层三维复合结构硅石墨烯基锂离子电池负极材料的制备方法，包括：

第一缓冲层的构架：

1)、将硅粉分散液和导电聚合物两者混合，超声分散搅拌均匀；

2)、酸化处理步骤1)溶液；

3)、随后将过硫酸铵溶解在水里，逐滴加入到反应体系里面；

4)、冰浴条件下，搅拌反应；

5)、反应完成后，将所得液体离心，洗涤至中性，真空干燥后研磨，获得第一缓冲层架构的原料；

第二缓冲层的链接：