[发明专利]一种石墨硅纳米复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨硅纳米复合材料的制备方法，所制备的石墨硅纳米复合材料及其在锂离子电池的应用。属于锂离子电池负极材料技术领域。本发明的制备方法是对纳米二氧化硅进行改性，使得改性后的二氧化硅具有亲油性；在一定条件下再将石油树脂和改性后的二氧化硅混合均匀，得到石油树脂包覆改性后的二氧化硅的混合物；再经过两步热处理过程得到核壳结构的石墨硅纳米复合材料。使用该方法制备工艺简单，成本低廉，且制备的石墨硅纳米复合材料具备比容量高，循环性能好的特点。

技术领域

本发明涉及一种电池的负极材料，尤其涉及一种石墨硅纳米复合材料的制备方法，属于锂离子电池负极材料技术领域。

背景技术

随着现代经济的快速发展，能源在世界经济的地位越来越重要，人们的生产、生活各个方面对能源的需求和依赖也越来越大。但是，高速增长的能源消费却对人类的资源与环境造成了越来越大的压力。特别是传统石化能源的开采与使用。面对日渐堪忧的环境状态，实现人类社会的可持续发展，新能源的开发、能源的高效存储与清洁利用都至关重要。其中，锂离子电池作为一种高效的绿色储能装置，受到了人们越来越多的关注，在国民生产生活中也得到了越来越广泛的应用。

当前，锂离子电池产业正处于一个高速发展的时期。但是相对于电子行业的发展，锂电池的发展仍显得较慢。它的性能仍不能满足人们对其续航能力更强，充电速度更快，循环寿命更长的期待。因此，高比能量的锂离子电池成为争先研发的重点，其中高比容量的正负极材料是其中技术研发的关键。而硅基负极材料将很有可能成为高比容量负极的一个突破口。

石墨为代表的碳材料具有结构稳定好的特点，但其比容量低。相对的，硅具有理论比容量高的特点，但其结构稳定性差。将硅和石墨复合，是一种折中的方案。一般能得到比石墨比容量高，比纯硅结构稳定性强的负极材料。另外，硅是半导体材料，电子电导率不高，但石墨的导电性比较好，将硅与石墨复合，还能促进电荷的转移和传递，具有比纯硅更高的电子电导率。如申请人为奇瑞汽车股份有限公司，授权公告号为CN102437318B的中国专利，公开了一种硅碳复合材料的制备方法。该方法将酚单体和醛单体与一氧化硅粉混合，反应生成酚醛树脂包覆纳米硅的前驱体，再将酚醛树脂焙烧，得到硅碳复合材料，该方法原料一氧化硅粉价格昂贵，且其化学性质不稳定，较容易团聚，不能均匀的分散在酚醛树脂中，且生成的硅碳复合材料只是简单的碳包覆硅，而且操作过程较为复杂，所需原料种类也较多，最后生成的碳硅复合材料孔径一旦过大，还会导致单质硅从碳壳里逃逸，影响该负极材料的电化学性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种石墨硅复合材料的制备方法，该法工艺简单，所制备的石墨/硅复合材料能够有效的抑制硅的团聚，以及硅体积的膨胀，由此制备的锂离子负极材料具有优异的导电性能，相应的锂离子电池的比容量高，循环性能好。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该石墨硅复合材料的制备方法包括以下步骤：

a、纳米级二氧化硅的改性

将硅烷偶联剂和纳米级二氧化硅按质量比1：（1~100）溶于溶剂中，加入催化剂形成反应物溶液，再经过充分混合分散后，于10~100℃下反应1~8h生成凝胶，将所得凝胶在1000~10000rpm的转速下离心分离，再在真空干燥箱中于80~120℃下干燥8~12h，得到改性后的纳米级二氧化硅；硅烷偶联剂占反应物溶液质量的1~50wt%；

b、树脂聚合物包覆改性二氧化硅前驱体的合成

将树脂聚合物粉末与改性二氧化硅粉末按照质量比（1~100）：1进行充分混合，再在60~300℃下反应1~3h，所得产物研磨后在80~100℃下烘10~24h，得到树脂聚合物包覆改性纳米二氧化硅前驱体；

c、热处理