[发明专利]一种石墨烯锂离子电池负极复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯锂离子电池负极复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将微米硅粉室温下进行球磨得到纳米硅粉；(2)将步骤(1)获得的纳米硅粉与碳源和氧化石墨烯进行液相混合制得混合物；(3)将步骤(2)制得的混合物干燥后在惰性气氛下热解形成硅/碳/石墨烯的负极复合材料。根据本发明的制备方法获得的石墨烯锂离子电池负极复合材料表现出优异的倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明涉及电池负极材料的制备方法，特别涉及一种石墨烯锂离子电池负极复合材料的制备方法。

背景技术

随着人类的过度开采和利用，化石能源正在面临枯竭，并且随之产生的全球变暖，环境污染等问题将成为未来阻碍人类经济发展甚至威胁人类生存的首要问题。因此，开发并高效利用新型、可再生的绿色清洁能源已经成为人类亟待解决的重要问题。此外，人们日益增加的高速通信和交通的需求使得便携式储能成为储能科技的关键技术。锂离子二次电池因其能量密度高，质量轻，自放电小，循环使用寿命长等优异的性能正广泛应用于各种便携式电子设备中。

硅因其迄今为止最高的理论比容量(4200mAh/g)和适中的嵌锂电位(0.2V)等优点有望成为下一代商业化的高容量锂离子负极材料。然而，硅在脱嵌锂过程中伴随着巨大的体积膨胀(>300％)，导致差的循环性能。此外，硅的导电性差。将硅纳米化可以有效缓解硅的体积膨胀问题。然而，纳米硅比表面积(>50m²/g)较大，在低电位时易引发副反应，并且制备纳米硅成本较高，限制了其实际应用。石墨烯是一种二维碳材料，具有超高的比表面积、优异的导电性和力学韧性，广泛用于各种电子元件、储能器件和其他复合材料中。

人们期待提供一种石墨烯锂离子电池负极复合材料的制备方法，以解决现有电池负极复合材料存在的缺陷。由该方法制备的石墨烯锂离子电池负极复合材料含有石墨烯，有效改善了硅基材料的导电性，石墨烯优异的力学韧性缓冲了硅在充放电过程中的体积膨胀问题。此外，石墨烯和高温热解碳的共同作用极大改善了硅基材料的电性能。

发明内容

本发明提供了一种石墨烯锂离子电池负极复合材料的制备方法，旨在解决解决现有负极复合材料的制备技术中存在的问题。本发明的目的通过以下技术方案得以实现。

本发明的一个实施方式提供了一种石墨烯锂离子电池负极复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将微米硅粉室温下进行球磨得到纳米硅粉；

(2)将步骤(1)获得的纳米硅粉与碳源和氧化石墨烯进行液相混合制得混合物；

(3)将步骤(2)制得的混合物干燥后在惰性气氛下热解形成硅、碳和石墨烯的负极复合材料。

根据本发明的上述一个实施方式提供的制备方法，其中所述步骤(1)中球磨采用的设备为行星式球磨机，球磨转速为300-600转/分钟，球磨时间为10-40小时。

根据本发明的上述一个实施方式提供的制备方法，其中步骤(1)中纳米硅粉的尺寸为100-700纳米。

根据本发明的上述一个实施方式提供的制备方法，其中步骤(2)中的混合物包括质量百分比为7-30％的氧化石墨烯、质量百分比为5-40％的纳米硅粉和质量百分比为40-70％的碳源。

根据本发明的上述一个实施方式提供的制备方法，其中所述步骤(2)中的碳源为水溶性碳源。

根据本发明的上述一个实施方式提供的制备方法，其中所述水溶性碳源为水溶性葡萄糖、柠檬酸和蔗糖中的至少一种。

根据本发明的上述一个实施方式提供的制备方法，其中步骤2中液相混合采用的液体为水。

根据本发明的上述一个实施方式提供的制备方法，其中步骤(3)中的热解温度为300-1000摄氏度，惰性气氛为氩气气氛，时间为1-4小时。