[发明专利]一种负极材料的制备方法、负极材料和应用

说明书

本发明提供了一种负极材料的制备方法、负极材料和应用，包括以下步骤：S1、将硅基材料分散至氧化石墨烯溶液中，采用溶剂热法制备硅氧材料前驱体；S2、煅烧步骤S1得到的硅氧材料前驱体，得到石墨烯硅氧复合材料；S3、将步骤S2得到的石墨烯硅氧复合材料进行造粒，得到复合材料；S4、在步骤S3得到的复合材料表面沉积无定型碳层，完成负极材料的制备。相比于现有技术，本发明的制备方法，通过对硅负极材料的结构设计，为硅负极的膨胀预留了空间，从而有效缓解了目前硅氧负极材料在合金化和去合金化过程中的体积膨胀问题。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体涉及一种负极材料的制备方法、负极材料和应用。

背景技术

现代社会对更高能量密度的需求更为迫切。现有石墨负极材料比容量已接近其理论比容量，要想提高电芯的能量密度，需要使用更高比容量的负极材料由于硅氧负极材料理论比容量高(纳米硅理论比容量4200mAh/g,氧化亚硅理论比容量2500mAh/g)，自然界中硅元素的丰度大，而受到从业者的广泛关注，是最有可能提升电芯能量密度的负极材料。

但硅氧负极在实际应用过程中面临的最大挑战还是合金化和去合金化过程中的体积膨胀。巨大的体积膨胀导致容量衰减迅速，SEI膜反复破坏和形成，大大降低了循环寿命。

有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。

发明内容

本发明的目的之一在于：提供一种负极材料的制备方法，缓解目前硅氧负极材料在合金化和去合金化过程中的体积膨胀问题，本发明制备得到的负极材料，通过对硅氧负极材料的结构和材料表面进行改性，进而减小硅氧负极的体积膨胀。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将硅基材料分散至氧化石墨烯溶液中，采用溶剂热法制备硅氧材料前驱体；

S2、煅烧步骤S1得到的硅氧材料前驱体，得到石墨烯硅氧复合材料；

S3、将步骤S2得到的石墨烯硅氧复合材料进行造粒，得到复合材料；

S4、在步骤S3得到的复合材料表面沉积无定型碳层，完成负极材料的制备。

优选的，步骤S1中，所述氧化石墨烯与所述硅基材料的质量比为1：(1.4～300)。更优选的，所述氧化石墨烯与所述硅基材料的质量比可为1：(1.4～10)、1：(10～50)、1：(50～100)、1：(100～150)、1：(150～200)、1：(200～250)、1：(250～300)。更优选的，所述氧化石墨烯与所述硅基材料的质量比可为1：(1.4～3)、1：(3～5)、1：(5～8)、1：(8～10)、1：(10～15)、1：(15～20)、1：(20～25)、1：(25～30)。

优选的，步骤S1中，所述溶剂热法的制备方法为：将所述硅基材料逐滴分散至所述氧化石墨烯溶液中搅拌混合，于反应釜中在60～200℃下保温1～5h，冷却，过滤，洗涤反应得到的沉淀物，干燥，得到硅氧材料前驱体。采用溶剂热法制备的硅基材料，与氧化石墨烯共水热，两者表面均含有大量的亲水官能团，相似相溶原理可以进一步增强硅氧材料与石墨烯的结合力，进而能够保证循环过程中结构的稳定性，降低硅氧材料的体积膨胀。此外，采用溶剂法制备得到的硅氧材料前驱体尺寸小，一方面可以更有利于后续的煅烧造粒等工序；一方面小尺寸的硅材料粉体也更有利于缓解其体积膨胀。

其中，所述氧化石墨烯可以采用Hummers法制备得到或者由市售购得，将氧化石墨烯超声分散于溶剂中制成氧化石墨烯溶液，溶剂包括去离子水、乙醇、丙酮、甲醇、乙二醇、丙醇、丙二醇、戊醇中的至少一种，优选的为去离子水。