[发明专利]一种核壳结构石墨烯包覆微米硅的制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种核壳结构石墨烯包覆微米硅的制备方法，包括以下步骤：步骤一，生成SiO₂均匀包覆微米硅的复合材料；步骤二，得到SiO₂/微米硅/氧化石墨烯；步骤三，得到石墨烯包覆的SiO₂/微米硅材料；步骤四，得到核壳结构的石墨烯包覆微米硅材料。相比于现有技术，本发明制备工艺简单，成本低廉且易于实现批量化生产；本发明得到的核壳结构石墨烯包覆微米硅材料，能够减轻硅在循环过程中由于膨胀收缩导致晶体粉化造成的循环性能恶化，提升电池的库伦效率；除此之外，石墨烯本身优越的导电性能，能够形成良好的面面接触的导电网络，有效提升电池的功率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种核壳结构石墨烯包覆微米硅的制备方法。

背景技术

目前，商业化的动力单体电芯能量密度为170-200Wh/kg，动力电池模块的能量密度达到300Wh/kg是本领域下一阶段动力电池的发展目标，因此提升动力电芯的重量能量密度势在必行。

当前商业化的动力电芯负极材料主要为石墨类负极材料，但其能量密度仅为372mAh/g，已经不能满足业界对于动力电芯能量密度的需求。因此开发高比容量、高功率能力和长循环寿命的新型负极材料成为当前研究的热点。

硅作为负极材料时，由于在相同原子数时能够嵌入更多的锂离子形成硅锂合金(Si+4.4e-+4.4Li⁺→Li_4.4Si)，其理论容量高达4200mAh/g，超过目前商品化石墨的十倍。同时，硅在地壳中的含量仅次于氧(O)，约占总质量的26.4％。因此硅在动力电池负极材料中具有非常大的应用前景。但是硅作材料仍然存在有不足而在动力电池负极材料的应用方面受到了限制，具体如下：1)由于硅材料本身的物理化学特性，其首次充放电效率偏低，通常为60～70％；2)硅在充放电时嵌脱更多锂离子的同时伴随着更大的体积膨胀和收缩(最高可达300％)，巨大的体积膨胀导致材料粉化，与集流体接触变差，形成新的界面持续与电解液反应，消耗活性锂，引起电池循环性能急剧恶化；3)硅本身是半导体材料，其本身导电性能不如石墨，功率性能不足。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种核壳结构石墨烯包覆微米硅的制备方法，以解决硅应用于负极材料中首次效率低、巨大的体积膨胀以及功率性能差的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种核壳结构石墨烯包覆微米硅的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，在微米硅表面生长SiO₂层，生成SiO₂均匀包覆微米硅的复合材料；

步骤二，将步骤一得到的SiO₂均匀包覆微米硅的复合材料分散于去离子水中，边缓慢搅拌边加入氧化石墨烯，再进行机械搅拌，然后抽滤、干燥得到SiO₂/微米硅/氧化石墨烯；

步骤三，将步骤二得到的SiO₂/微米硅/氧化石墨烯置于氮气气氛保护的高温反应釜中烧结，得到石墨烯包覆的SiO₂/微米硅材料；

步骤四，将步骤三得到的石墨烯包覆的SiO₂/微米硅材料分散于去离子水中，边搅拌边滴入HF溶液，然后抽滤、清洗至水溶液pH呈中性，得到核壳结构的石墨烯包覆微米硅材料。

需要说明的是，在步骤二中，由于SiO₂本身带有微弱的负电荷,而氧化石墨烯本身带有微弱的正电荷，因此，在分散过程中氧化石墨烯被均匀地吸附在SiO₂/微米硅表面。

作为本发明所述的核壳结构石墨烯包覆微米硅的制备方法的一种改进，步骤一具体包括以下操作：