[发明专利]一种锂离子电池硅碳复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明属于储能研究领域，特别涉及一种锂离子电池硅碳复合负极材料及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：（1）将石墨烯前驱体、吹泡剂、石墨、纳米硅均匀混合，干燥，得到固体物料；（2）通过压膜成型设备将上述固体物料压实成坯体；（3）对压实坯体进行热处理，高温烧结，得到硅碳复合负极材料；将本发明制备方法得到的硅碳复合负极材料应用于锂离子电池，具有较高的充电比容量和优异的循环稳定性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体地，本发明涉及一种锂离子电池硅碳复合负极材料及其制备方法

背景技术

目前商业化锂离子电池负极材料主要为石墨负极材料，然而随着电动汽车及大型设备对电池能量密度的要求的提高，石墨负极材料由于其低的理论容量(372mAh/g)已不能满足实际需求，因此急需开发一种高能量密度的负极材料。

硅由于具有高的理论容量(4200mAh/g)和较低的脱嵌锂电势(＜0.05V)，且电压平台略高于石墨，在充放电时难引起硅表面析锂，安全性能更好而被认为具有下一代替代石墨负极材料的潜在可能性。然而硅作为锂离子电池负极材料时同样存在着问题，其在充放电循环过程中，锂离子嵌入和脱出会引起材料体积发生300％的膨胀和收缩，所产生的机械应力会导致材料逐渐粉化和结构坍塌，最终造成活性物质脱落于集流体，导致锂离子电池循环性能大大降低。另外，由于硅是半导体材料，差的导电率进一步限制了硅应用于锂离子电池负极材料。因此亟待寻找一种不仅能够提高材料导电率，同时还能抑制硅材料体积膨胀，进而改善电化学性能的宿主材料。

石墨烯由于其独特的柔性二维平面结构，超高的电导率和比表面积而被认为“明星”材料，因此通过将石墨烯与纳米硅复合形成石墨烯/纳米硅复合材料，不仅能够缓解纳米硅在充放电过程中的体积膨胀，而且可以提高材料的电导率，从而改善材料的电化学性能。

然而，现有已公开的制备石墨烯/纳米硅复合材料的方法多是采用先制备石墨烯后与硅材料复合的工艺，其会导致成本高昂而不能产业化。Huang等(Journal of PhysicalChemistry Letters,2012,3(13):1824)采用雾化法制备石墨烯与硅的气溶胶经过预处理和煅烧制备核-壳结构的褶皱石墨烯和硅的复合材料应有于扣式电池中循环200周后比容量无衰减现象。Guo(ChemicalCommunications,2012,48(16):2198-200)采用冷冻干燥和热还原方法制备硅碳复合材料，该复合材料中纳米硅嵌入在石墨烯纳米片上。

中国专利CN201510252804.5公开了一种石墨烯基硅碳复合负极材料的制备方法，该制备方法步骤为：首先制备三维状的石墨烯颗粒，然后纳米硅通过沉积的方法沉积在石墨烯表面，不仅工艺复杂，成本高，而且所沉积的纳米硅在烧结过程中易发生团聚，导致电极材料的循环性能下降。

中国专利CN201710544133.9公开了一种石墨烯-硅碳锂离子电池负极材料的制备方法，该制备方法步骤为：纳米硅颗粒的石墨烯包覆、碳包覆一次复合材料和碳化与混料；然而该方法石墨烯与硅砂磨过程易导致硅被氧化成二氧化硅，从而降低硅基复合材料的容量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种硅碳复合负极材料的制备方法，该方法能够实现在制备石墨烯的同时对纳米硅材料进行均匀包覆，与现有技术相比，该方法具有操作简单、成本低廉的特点。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种硅碳复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将石墨烯前驱体、吹泡剂、石墨、纳米硅分散至溶剂中均匀混合，干燥得到固体物料；

步骤二、将步骤一得到的固体物料通过压膜成型设备压实成坯体；

步骤三、在保护性气体氛围下，将步骤二得到的坯体进行热处理，然后高温烧结，得到硅碳复合负极材料。