[发明专利]石墨烯改性一氧化硅/碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种石墨烯改性一氧化硅/碳复合材料及其制备方法，该制备方法包括：将石墨烯、一氧化硅和第一碳源进行充分混合，得到第一混合物；第一混合物于惰性气氛下加热，进行第一炭化处理；第一炭化处理后的物料、石墨和第二碳源进行充分混合，得到第二混合物；及第二混合物于惰性气氛下加热，进行第二炭化处理，得石墨烯改性一氧化硅/碳复合材料。本发明的方法工艺简单、成本低，所得复合材料作为锂离子电池负极材料应用时，可表现出容量高、首次库伦效率高且循环性能好的特性，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，具体涉及一种石墨烯改性一氧化硅/碳复合材料及其制备方法。

背景技术

随着新能源电动汽车的快速发展，锂离子电池对能量密度的要求越来越高。对于能量密度的提升主要得益于正极材料和负极材料的容量提升。相比正极材料，负极材料的提升空间更大。目前，商业化的负极材料主要是石墨类材料，但是由于其容量比较低，制约了高能量密度锂离子电池的发展。因此，发展具有更高容量、低成本、长寿命以及安全可靠的新型负极材料越来越重要。

硅类材料由于具有高容量和适中的电压平台，能够有效提高电池的能量密度，具有很好的应用前景。但是，单质硅在充放电过程中存在较大的体积变化，从而造成了电化学循环性能的迅速恶化。与单质硅相比，一氧化硅的容量虽然稍微低一些，但是依然远高于石墨类负极材料的容量，且一氧化硅的体积膨胀相对较小，因此有望成为下一代高能量密度锂离子电池负极材料。

但是，一氧化硅(SiO)单独作为锂离子电池负极材料依然无法避免由于体积膨胀而造成的容量快速衰减，因此，需要一种新的电池负极材料的制备方法，以对一氧化硅改性，从而获得一款容量较高，循环性能较优的锂离子电池负极材料。

需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种石墨烯改性一氧化硅/碳(SiO/C)复合材料及其制备方法，以解决现有锂离子电池负极材料难以兼顾高容量和低体积膨胀的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种石墨烯改性一氧化硅/碳复合材料的制备方法，包括：将石墨烯、一氧化硅和第一碳源进行充分混合，得到第一混合物；第一混合物于惰性气氛下加热，进行第一炭化处理；第一炭化处理后的物料、石墨和第二碳源进行充分混合，得到第二混合物；及第二混合物于惰性气氛下加热，进行第二炭化处理，得石墨烯改性一氧化硅/碳复合材料。

根据本发明的一个实施方式，第一碳源和第二碳源各自独立地选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚环氧乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、氯化聚乙烯、葡萄糖和沥青中的一种或多种。

根据本发明的一个实施方式，得到第一混合物包括步骤如下：将石墨烯、一氧化硅和第一碳源分散到水中，得第一分散液；第一分散液经搅拌1h～24h后进行球磨处理1h～24h，得第一混合液；及第一混合液经干燥处理，得到第一混合物。

根据本发明的一个实施方式，石墨烯与一氧化硅的质量比为1:(10～100)，一氧化硅与第一碳源的质量比为1:10～100:1。

根据本发明的一个实施方式，得到第二混合物包括步骤如下：将第一炭化处理后的物料、石墨和第二碳源分散到溶剂中，得第二分散液；第二分散液经干燥后，得到第二混合物。

根据本发明的一个实施方式，溶剂选自乙醇、丙酮和水中的一种或多种。

根据本发明的一个实施方式，第一炭化处理后的物料与石墨的质量比为1:1～1:100，石墨与第二碳源的质量比为1:10～100:1。