[发明专利]一种石墨烯/碳-硅纳米复合负极材料的制备方法

说明书

一种石墨烯/碳‑硅纳米复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将氧化石墨烯经超声处理分散于水中，得到氧化石墨烯水分散液；（2）向氧化石墨烯分散液中加入沥青和硅纳米颗粒，搅拌分散均匀，形成混合溶液；（3）将混合溶液经喷雾干燥处理，得到具有球状结构的沥青与氧化石墨烯包覆的纳米硅复合材料；（4）在惰性气氛中将复合材料进行热处理，得到石墨烯/硅‑碳复合负极材料。本发明所得负极材料放电比容量高，充放电特性好，循环稳定性较高，工艺流程简单，易实施并适合规模化生产。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用负极复合材料的制备方法，具体涉及一种石墨烯/碳-硅纳米复合负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有高电压、高比能量、长循环寿命和对环境友好等特点，成为便携式电子产品、移动产品、电动汽车的理想配套电源。由于便携式电子设备、移动产品、电动汽车的快速发展，急切需要高能量密度、高比容量的新型锂离子电池，而发展新型的锂离子电池负极材料是关键。传统石墨负极的理论容量只有372 mAh g^-1，已经严重制约了整个锂离子电池行业的发展。硅（Si）负极材料具有高理论容量、低放电平台、资源丰富和安全性能好等优点，其理论容量可以达到3579 mAh/g，是一种极具可能取代商业化石墨负极的电极材料。因此将硅基材料做为锂离子电池的负极越来越受到广大研究者的关注。

但是Si负极材料在充放电过程中晶格的剧烈变化阻碍了纯Si的使用：在Li⁺与Si负极材料发生合金化过程时会导致负极材料重复膨胀与收缩，其体积增加近300％。由体积变化产生的应力会引起Si相的结构改变并破坏固态电解质界面（SEI）膜，对于商业化电池循环寿命来说，SEI膜的存在是至关重要。去合金化步骤中的Si收缩使SEI膜易于破裂和剥落，活性材料与集电器之间的电接触被破坏，从而导致电极快速失效。针对上述问题，研究者们探索了多种提高硅负极材料循环性能的方法，例如降低硅材料颗粒粒径、形成多孔材料、硅薄膜材料、硅纳米线、硅复合材料等。其中比较有效的方法是制备成硅基复合材料来缓解在充放电过程中的体积膨胀，此方法已经广泛应用于锂离子电池负极材料的改性研究中。

CN108565451A公开了一种硅碳负极材料的制备方法：采用无定型碳和石墨对硅颗粒进行包覆，提高了电池材料的导电性和电池的循环性能，但是此方法还是不能很好的保护纳米硅颗粒的粉化，并且制作的材料形貌不规则。

CN105024076A公开了一种锂离子电池负极材料及其制备方法和应用，材料分为两层：碳核心层和硅包覆层，可以有效的缓解硅材料的膨胀，从而提高了电池材料的循环性能，但是单纯的碳包覆对提高复合材料导电性的能力还是有限。

以上所述的方法均不能从根本上解决硅材料负极锂离子电池在充放电过程中体积的急剧膨胀问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种石墨烯/碳-硅纳米复合负极材料的制备方法，该方法制备的石墨烯/碳-硅复合负极材料，能从根本上解决硅材料负极锂离子电池在充放电过程中体积的急剧膨胀问题，从而提高硅负极锂离子电池的充放电效率，延长使用寿命。

本发明进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种石墨烯/碳-硅纳米复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将氧化石墨烯进行超声处理分散于水中，得氧化石墨烯水分散液；

（2）向步骤（1）所得的氧化石墨烯水分散液中加入沥青和硅纳米颗粒，进行搅拌，分散均匀，得混合溶液；

（3）将步骤（2）所得混合溶液进行喷雾干燥处理，得具有球状结构的沥青与氧化石墨烯包覆的纳米硅复合材料；

（4）在惰性气氛中将步骤（3）所得具有球状结构的沥青与氧化石墨烯包覆的纳米硅复合材料进行热处理，得石墨烯/碳-硅复合负极材料。