[发明专利]一种Si/MnO2/石墨烯/碳锂离子电池负极材料的制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种Si/MnO₂/石墨烯/碳锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)制备纳米Si分散液；(2)将MnO₂与纳米Si分散液进行超声搅拌，再将混合物放入不锈钢球磨罐中球磨；(3)根据改性Hummer法制备GO，再制备GO分散液；(4)将GO分散液滴加到步骤(2)中的球磨罐中，继续进行球磨处理0.5～5h后，将反应产物离心、干燥处理后得到Si/MnO₂/石墨烯复合物；(5)将碳源溶于有机溶液中，加入Si/MnO₂/石墨烯复合物，搅拌至干燥，经过恒温煅烧得到Si/MnO₂/石墨烯/碳锂离子电池负极材料。本发明的制备方法绿色简便、成本低廉，适于工业化批量生产，且制得的Si/MnO₂/石墨烯/碳锂离子电池负极材料首次充放电效率高、比容量高、循环性能好。

技术领域

本发明涉及电池材料制备领域，尤其涉及一种Si/MnO₂/石墨烯/碳锂离子电池负极材料的制备方法与应用。

背景技术

目前，能源的储存和转换已成为制约世界经济可持续发展的重要问题。锂离子电池因具有比能量高、高电压、自放电小、循环寿命长、无记忆效应和环境污染小等优点而被广泛用于手机等小型便携式电器和电动汽车动力领域。锂离子电池综合性能的优劣主要是由电极材料所决定的，而对于负极材料来说，目前商业化的负极材料主要为石墨以及各种碳材料，但是碳材料本身较低的比容量(372mAh/g)与较差的高倍率充放电性能，已不能满足人们对锂离子电池的需求，限制了锂电子电池在汽车、航天等行业的应用。因此，为设计出一种高性能、高容量密度的电极材料，进一步推动锂离子电池的发展，人们开始寻找新的具有高容量的负极材料。

近年来锂离子电池负极材料主要研究内容包括，Si基材料、锡基材料、氧化物、合金材料，和硫化物等。其中Si作为负极材料具有很高的理论容量(4200mAh/g，相当于石墨材料理论容量的11倍)使其受到广泛的关注，称为近年来研究的热点之一。但是目前Si在作为负极材料的实际应用中，由于其在脱嵌锂的过程中会形成不同合金化产物导致极片粉化失效和出现巨大的体积膨胀效应(>300％)导致在循环过程中容量快速的衰减。为了克服这些缺陷，人们做了大量的实验研究。较为常见有效的方式一种是缩小Si的颗粒尺寸至纳米级左右形成纳米颗粒，例如纳米线，纳米球、纳米管以及纳米级别的薄膜等，另一种是使用碳材料进行包覆，碳材料可以作为一种缓冲体和锂离子与电子的传输通道，可以在一定程度上减少体积膨胀效应和提高循环性能，但是纳米Si价格昂贵且电子密度低，总的存储容量有限，导致Si 电极的质量分数较低。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的不足，提供一种工艺绿色简便、成本低廉、适于工业化批量生产的Si/MnO₂/石墨烯/碳锂离子电池负极材料的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方实现的：

一种Si/MnO₂/石墨烯/碳锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备纳米Si分散液；

(2)将MnO₂与纳米Si分散液进行超声搅拌，再将混合物放入不锈钢球磨罐中球磨；球磨珠为氧化锆球，其与混合物的球料质量比为25:1～75:1；球磨的转速为50～500r/min，时间为0.5～5h。

(3)根据改性Hummer法制备GO(氧化石墨烯)，再将GO加入到溶剂中超声处理，得到均匀的GO分散液；所述溶剂为乙醇、去离子水等一种，或者为两种溶剂按一定比例混得到的混合液；

(4)将GO分散液滴加到步骤(2)中的球磨罐中，继续进行球磨处理0.5～5h后，将反应产物离心、干燥处理后得到Si/MnO₂/石墨烯复合物；