[发明专利]一种采用不同石墨烯多重包覆的硅基负极材料

说明书

本发明提供一种采用不同石墨烯多重包覆的硅基负极材料,所述硅基负极材料结构包括纳米硅粒子和包覆所述纳米硅粒子的石墨烯多重包覆层,其中,所述石墨烯多重包覆层由还原氧化石墨烯的里层和包含液相剥离石墨烯的外层构成。本发明具体实施方式的硅基负极材料,采用含有液相剥离的石墨烯的外层对还原氧化石墨烯层进行包覆,包裹纳米硅粒子的还原氧化石墨烯会被包覆或附着在如三维带状一般的液相剥离的石墨烯,进一步增强体系的导电性及机械性能。

技术领域

本发明属于新能源锂离子电池导电浆料领域,具体涉及一种采用不同石墨烯多重包覆的硅基负极材料。

背景技术

随着能源与环境问题的日益显著，开发新能源、推广电动工具已经成为市场导向，而这些新兴技术的开发离不开储能器件的发展，锂离子电池作为目前最为重要的储能器件，得到了广大产业界和研究者的青睐,主要采用石墨材料作为负极,而不管是天然石墨还是人造石墨，其容量有限仅为372mAh/g已不能满足目前需要，而硅的理论容量，在形成Li22Si5锂硅合金时为4200mAh/g，形成Li15Si4为3580mAh/g，是商业化石墨负极材料理论容量的近10倍，远超过其他负极材料，另外，硅负极的锂化电压平台(0.2-0.3V vs.Li/Li+)高于石墨负极(＜0.1V vs.Li/Li+)，可以避免锂的析出和锂枝晶的形成，保证锂离子电池系统的安全性。但硅材料在充放电过程中发生体积变化(＞300％)，为其在应用时带来了严重后果，包括硅负极在应力作用下的粉化破碎，材料破裂处表面固体电解质界面膜(SEI膜)的不断破坏和重生，导电性的降低等，直接导致了硅材料在电池系统中容量快速的衰减。

目前为应对硅材料的体积效应，多采用对硅进行碳包覆，形成硅碳复合材料，但碳层与硅为刚性连接，且由于硅内部巨大的体积膨胀，易造成两者分离，最终又导致新的SEI膜不断形成及硅内部结构失稳。而石墨烯作为包覆材料的话，其良好的柔性及机械性能可以有效缓冲硅材料充放电过程中的体积效应，同时石墨烯还具有比热解碳优异的导电性能，可以更好的保证硅与硅、硅与集流体之间良好的电接触。但石墨烯在包覆过程中，多数只是物理混合，这样不管是硅还是石墨烯都难以均匀分散，造成包覆效果较差。

发明内容

基于以上背景技术中,利用硅材料作为锂离子电池负极材料以提高充放电容量,但不能有效解决硅材料体积效应导致硅材料在电池系统中容量快速的衰减的问题,本发明提供以下的不同石墨烯多重包覆的硅基负极材料，有望改善硅材料在充放电循环中较大的体积效应和低导电性问题:

一种采用不同石墨烯多重包覆的硅基负极材料,所述硅基负极材料结构包括纳米硅粒子和包覆所述纳米硅粒子的石墨烯多重包覆层,其中,所述石墨烯多重包覆层由还原氧化石墨烯的里层和包含液相剥离石墨烯的外层构成。

可选的,所述包含液相剥离石墨烯的外层为包含液相剥离石墨烯的烧结碳层。

可选的,所述还原氧化石墨烯的粒径D50小于2um。

可选的,所述还原氧化石墨烯的粒径D50大于1um。

可选的,所述液相剥离石墨烯的粒径D50小于5um。

可选的,所述液相剥离石墨烯的粒径D50大于3um。

可选的,所述纳米硅粒子的粒径D50为50-200nm。

可选的,所述硅基负极材料由纳米硅粒子和依次包覆所述纳米硅粒子的还原氧化石墨烯和包含液相剥离石墨烯的烧结碳层构成。

可选的,所述纳米硅粒子：还原氧化石墨烯：液相剥离石墨烯：烧结碳的重量比为28-62：2.5-10：2.5-10：28-62。

一种上述任意所述硅基负极材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:1) 将纳米硅粒子加入氧化石墨烯溶液中均匀分散,对所述氧化石墨烯进行还原并干燥；2)将步骤1)干燥后的粒子、液相剥离石墨烯溶液和碳树脂溶液混合均匀分散后干燥进行烧结。