[发明专利]一种石墨烯改性预锂化硅负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯改性预锂化硅负极材料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：(1)制备氧化石墨烯溶液；(2)将硅粉、碳源和锂盐按一定质量比加入有机溶剂中配置成溶液，经超声分散后，进行喷雾干燥，得预锂化硅粉；(3)将预锂化硅粉放入管式炉进行加热，并经所述碳源包覆后，与氧化石墨烯溶液按质量体积比10:0.5‑6进行混合，混合均匀后进行喷雾干燥，得石墨烯改性预锂化硅负极材料。本发明提供的制备方法工艺流程简单，采用本发明提供的负极材料制备的锂电池电化学性能良好。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料，尤其涉及一种石墨烯改性预锂化硅负极材料及其制备方法。

背景技术

近年来,随着化石能源的日益减少和环境问题的日益严峻,锂离子电池在电动汽车和储能领域的应用越来越受到人们的关注。由于锂离子电池相对于其它类型电池具有较高的能量密度和功率密度，被认为是目前最有前景的电能储存设备。

然而,现有的锂离子电池的能量密度和功率密度依然偏低,其安全性和循环寿命尚未达到未来电动汽车和储能系统应用的要求。

目前商用锂离子电池一般采用石墨作为负极材料，但石墨的理论比容量仅为372mAh/g，无法满足能量密度要求较高领域的需求。因此，寻找可替代石墨的高比容量、长寿命的负极材料是锂离子电池的一个重要研究方向。在众多的负极材料中，硅材料具有出众的嵌锂容量，在电化学嵌脱锂过程中不容易团聚，放电平台高于目前广泛应用的碳基材料，电极表面不易形成锂枝晶等优点，因而备受关注。但硅在锂离子嵌入/脱嵌过程中，会产生400％的体积膨胀以及很低的本征电导率等问题。同时，硅于常规电解液中不易产生固体电解质界面(SEI)膜，这导致初始电池库伦效率很低、循环寿命短等问题。

因此，目前迫切需要开发出一种技术可以有效改善硅基材料的导电性能及充放电过程中的体积膨胀效应，保证由硅基材料制备的负极极片所应用的锂离子电池阻抗低、循环寿命长，大幅度提高锂离子电池的整体性能。

发明内容

本发明为解决现有技术中的上述问题，提供了一种石墨烯改性预锂化硅负极材料的制备方法，该制备方法简单易行，制备的石墨烯改性预锂化硅负极材料制备的锂离子电池阻抗低、循环寿命长，大幅度提高锂离子电池的整体性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种石墨烯改性预锂化硅负极材料制备方法，包括以下步骤：

(1)制备氧化石墨烯溶液；

(2)将硅粉、碳源和锂盐按一定质量比加入有机溶剂中配置成溶液，经超声分散后，进行喷雾干燥，得预锂化硅粉；

(3)将所述预锂化硅粉放入管式炉进行加热，并经所述碳源包覆后，与所述氧化石墨烯溶液按质量体积比10:0.5-6进行混合，混合均匀后进行喷雾干燥，得石墨烯改性预锂化硅负极材料。

优选地，步骤(1)中所述制备具体包括：

(11)将一定量的石墨粉和KMnO₄依次搅拌加入置于冰水浴中的浓硫酸溶液得第一混合液，待温度冷却至30℃后，进行水浴加热，水浴温度为30-40℃；

(12)量取55-75mL的去离子水并置于冰水浴中，将所述第一混合液少量多次转移到去离子水中，混合均匀得第二混合液，对所述第二混合液进行水浴加热，水浴温度为30-40℃；

(13)将冷却后的所述第二混合液加入到150-200mL去离子水中稀释，搅拌均匀后，加入3-8mL30％的H₂O₂溶液，等待溶液完全变黄不再生成气泡后，再加入5-15mL浓HCl溶液，充分搅拌后的第三混合液；