[发明专利]一种锂离子电池电极的制备方法

说明书

本发明涉及一种锂离子电池电极的制备方法，属于锂电技术领域。本发明的一种锂离子电池电极的制备方法，包括以下步骤，制备氧化石墨烯悬浮液，在黑暗中保存待用；制备纳米硅颗粒悬浮液；将氧化石墨烯悬浮液加入到纳米硅颗粒悬浮液中，超声搅拌0.5‑1.5h，然后抽滤，在过滤膜上形成一层纳米硅‑氧化石墨烯纸；将纳米硅‑氧化石墨烯纸从过滤膜上转移，风干，在保护气氛中加热至670‑730℃，保温0.5‑1.5h，即得到纳米硅‑石墨烯纸复合电极。采用本发明硅‑石墨烯复合电极作为锂离子电池负极能够有效提高电池的比容量、能量密度、循环性能等。

技术领域

本发明属于锂电技术领域，涉及一种锂离子电池负极活性材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池在是一种二次电池(充电电池)，随着社会的发展，锂离子电池的应用愈加广泛，对锂离子电池性能的要求也越来越高。

锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池主要包括正极极片、负极极片、电解液和隔膜，在正极极片上涂覆有正极活性物质，负极极片上涂覆有负极活性物质，锂离子电池的正负极活性材料是决定锂离子电池性能的重要因素之一。目前锂离子电池负极活性材料以石墨为主，但是石墨作为锂离子电池负极活性材料导的充放电倍率较低，比容量和能量密度也有待提高。

硅作为锂离子电池的负极材料具有高理论比容量和能量密度、是目前商业化石墨负极材料的数十倍，价格低廉以及地球资源储备丰富等优点。但是在充放电循环过程中，体积会剧烈膨胀，最高膨胀率可达300％，由于剧烈膨胀，导致材料内部生成大量的裂纹，随着循环次数增加，硅颗粒负极将粉化破碎，脱离负极极片，导致其循环寿命低，电荷容量衰减快。为了提高负极极片的电子电导率，通常在负极将料中加入导电剂。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种具有高比容量和电池能量密度的锂离子电池电极的制备方法。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种锂离子电池电极的制备方法，所述制备方法包括以下步骤，

S1、制备氧化石墨烯悬浮液，在黑暗中保存待用；

S2、制备纳米硅颗粒悬浮液；

S3、将氧化石墨烯悬浮液加入到纳米硅颗粒悬浮液中，超声搅拌0.5-1.5h，然后抽滤，在过滤膜上形成一层纳米硅-氧化石墨烯纸；

S4、将纳米硅-氧化石墨烯纸从过滤膜上转移，风干，在保护气氛中加热至670-730℃，保温0.5-1.5h，即得到纳米硅-石墨烯纸复合电极。

本发明以纳米硅-氧化石墨烯纸复合电极代替传统石墨负极，以石墨烯纸代替传统金属箔材，可将负极比容量较传统石墨负极提高数倍，且重量极轻，有效提高了电池能量密度。同时避免了粘结剂的使用，采用高导电性石墨烯纸将纳米硅颗粒夹在石墨烯纸中，能够有效地提高电子与离子电导率，从而提高电芯的倍率性能。纳米硅颗粒在石墨烯之中，不易脱落，从而有效地预防了硅负极容量衰减快，循环性能差的问题，提高了锂离子电池的循环寿命。本发明将制备得到的氧化石墨烯悬浮液于黑暗中保存，能够防止氧化石墨烯表面的官能团在可见光中发生分解，降低悬浮液的稳定性，防止后续煅烧还原的石墨烯中存在杂质，影响石墨烯纸的电性能与力学性能。

作为优选，所述步骤S1的氧化石墨烯悬浮液中氧化石墨烯的质量分数为5-9mg/L。

作为优选，所述步骤S1的氧化石墨烯悬浮液的制备过程为，采用Hummers法制得氧化石墨烯，对氧化石墨烯清洗干燥后分散在去离子水中，即形成氧化石墨烯悬浮液。