[发明专利]一种锂电池负极片的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂电池的负极材料技术领域，尤其涉及一种锂电池负极片的制备方法。

背景技术

当前已经商品化锂电池负极材料基本上都是碳负极材料，如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。还未商品化的负极材料有：1.锡基负极材料：锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。2.含锂过渡金属氮化物负极材料。3.合金类负极材料：包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金。4.纳米级负极材料：纳米碳管、纳米合金材料。5.纳米氧化物材料：目前诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在以前传统的石墨，锡氧化物，纳米碳管里面，极大的提高锂电池的冲放电量和充放电次数。

石墨烯，是碳原子按照六角排列而成的二维晶格结构。作为单层碳原子平面材料，石墨烯可以通过剥离石墨材料而得到。石墨烯这种石墨晶体薄膜自2004年被曼彻斯特大学的科学家发现之后，就成为科学界和工业界关注的焦点。石墨烯的厚度只有0.335纳米，不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬；作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知所有的导体和半导体都快，石墨烯中电子的迁移速度达到了光速的1/300。同时，作为单层碳原子结构，石墨烯的理论比表面积高达2630m2/g。如此高的比表面积使得以基于石墨烯的材料成为极有前途的能量储存活性材料。

此外，硅基材料的恒流理论容量达到4200mAh/g，远远高于商用的石墨负极材料(372mAh/g)，是极具开发潜力的锂电池负极材料。但是在嵌锂和脱锂 的过程中硅材料体积发生膨胀，微观结构发生改变而导致寿命较短。

发明内容

本发明实施例的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种适合低成本工业化大规模生产、高质量、减少有毒排弃物的锂电池负极片的制备方法。

本发明实施例是这样实现的，一种锂电池负极片的制备方法，所述方法包括以下步骤：制备石墨烯微片；将石墨烯微片进行表面改性；将表面改性的石墨烯微片混合硅纳米颗粒制成石墨烯-硅混合材料；将石墨烯-硅混合材料制成石墨烯-硅纳米粉末复合材料；及制作基于石墨烯-硅纳米粉末符合材料的锂电池负极片。

在优选的实施例中，所述制备石墨烯微片包括以下步骤：制备膨胀石墨；将得到的膨胀石墨与有机溶剂混合；将膨胀石墨有机溶剂混合液进行超声解离得到石墨烯微片悬浮液；及从石墨烯微片悬浮液中提取石墨烯微片。

在优选的实施例中，所述制备膨胀石墨为将可膨胀石墨置于金属或者陶瓷坩埚中，在惰性气体保护下，加热至300-900度，保持温度10-60分，实现充分膨胀，而后冷却至室温。

在优选的实施例中，所述制备膨胀石墨为将可膨胀石墨置于陶瓷坩埚或者玻璃器皿中，以600-1200W微波加热10-60秒，实现充分膨胀，而后冷却至室温。

在优选的实施例中，所述将得到的膨胀石墨与有机溶剂混合为将所得膨胀石墨置于容器中，倒入100-1000ml有机溶剂，搅拌均匀。

在优选的实施例中，所述有机溶剂为NMP、DMP、甲苯、氯苯和三氯乙烯中的至少一种。

在优选的实施例中，所述将膨胀石墨有机溶剂混合液进行超声解离得到石墨烯微片悬浮液为在超声振荡功率为300-1200W条件下振荡1-24小时，同时加热温度为20-150度，得到石墨烯微片悬浮液。

在优选的实施例中，所述从石墨烯微片悬浮液中提取石墨烯微片为将超声所得石墨烯微片悬浮液静置0.2-5小时，去上层悬浮液，去除沉淀物，过滤后在80度烘箱中烘干。

在优选的实施例中，所述将石墨烯微片进行表面改性为将所得石墨烯微片加入浓硫酸中，保持溶液的温度低于4℃，缓慢添加高锰酸钾，在添加过程中溶液的温度不要超过10℃；高锰酸钾添加完毕后，保持溶液的温度低于10℃磁力搅拌90min；然后，在磁力搅拌的情况下，缓慢添加去离子水，同时保证溶液的温度低于40℃；添加双氧水，继续搅拌15min；最后过滤烘干得到表面改性石墨烯微片。

在优选的实施例中，所述将表面改性的石墨烯微片混合硅纳米颗粒得到石墨烯-硅混合材料为将所得的表面改性石墨烯微片加入去离子水中，保持溶液的温度低于35℃，超声分散10-60min；将硅纳米颗粒加入到去离子水中，超声分散30-60min；将硅纳米颗粒容易与表面改性石墨烯溶液混合，保持溶液温度低于35℃，超声分散30-60min；最后，过滤掉溶液，得到表面改性石墨烯-硅混合材料。