[发明专利]一种氧化亚硅-石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化亚硅‑石墨烯复合材料及其制备方法，所述一种氧化亚硅‑石墨烯复合材料以氧化亚硅和包覆在氧化亚硅表面的功能化石墨烯为内核，以无机锂盐及其碳物质为外壳组成。本发明在氧化亚硅表面包覆功能化石墨烯，可以提高硅材料与石墨烯之间的结合力和包覆效果，不但可以降低硅材料充放电过程中的膨胀率，而且提高其硅内核材料的导电性；无机锂盐可以提高充放电锂离子的传输速率，碳物质具有与电解液较好的相容性，提高其循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料制备领域，具体涉及一种氧化亚硅-石墨烯复合材料及其制备方法。

背景技术

随着市场对锂离子电池能量密度要求的提高，而负极材料是组成锂离子电池的关键材料，目前市场上的负极材料主要以石墨类材料为主，但是其存在可容量偏低(理论容量372mAh/g)，限制其能量密度的提高。而硅碳负极材料以其克容量高、资源丰富等优点而受到研究者的重视，并应用于高比能量密度锂离子电池等领域，但是其膨胀率高、导电性偏差成为制约其广泛应用。目前降低硅材料的膨胀措施主要方法有：1)在硅材料表面包覆碳材料，降低其材料膨胀率；2)制备出孔状模板，并将纳米硅材料嵌入孔洞中，降低其膨胀率；3)包覆膨胀率高、导电性强的材料，比如石墨烯、碳纳米管等材料，以降低其硅材料的膨胀率及其导电性。比如专利(CN105576203A)公开了石墨烯/硅/碳纳米管复合材料及其制备方法与应用，其制备过程为：将石墨烯粉末、碳纳米管加至NMP溶液中，用超声振荡使其分散均匀，再加入纳米硅粉，超声振荡分散均匀；将得到的混合溶液干燥、烘干、研磨，即得石墨烯/硅/碳纳米管复合材料，但是其存在石墨烯、碳纳米管与石墨烯之间分散性能差及其材料之间结合力差等问题，造成其材料的膨胀系数仍然很高及其导电性提高幅度不大。而为了充分降低硅材料的膨胀率，需要在硅材料的表面充分包覆石墨烯等材料，以充分降低材料的膨胀率及其提高其导电性，并在其表面包覆一层锂离子导电率高的化合物，提高其材料的倍率性能。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种通过螺杆-挤出法在氧化亚硅表面包覆高容量掺氮石墨烯材料及其无机锂盐化合物，降低其硅材料的膨胀率及其提高其导电率和克容量的氧化亚硅-石墨烯复合材料及其制备方法。

本发明的技术方案是：一种氧化亚硅-石墨烯复合材料，所述一种氧化亚硅-石墨烯复合材料以氧化亚硅和包覆在氧化亚硅表面的高容量掺氮石墨烯为内核，以无机锂盐及其碳物质为外壳组成。

进一步优选的是，所述无机锂盐为碳酸锂、锆酸锂、钒酸锂、氟化锂、氯化锂中的一种。

更进一步优选的是，所述功能化石墨烯为氨基化石墨烯、羧基化石墨烯、羟基化石墨烯、巯基化石墨烯、氧化石墨烯、甲基化石墨烯、三氟甲基化石墨烯、氟化石墨烯或碘化石墨烯中的一种。

一种氧化亚硅-石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将功能化石墨烯分散于溶剂中，得到(0.05～5)g/100ml的石墨烯分散液A；

2)将质量为(0.1～1)g的硅烷偶联剂分散于100ml的溶剂中，混合均匀后，再添加质量为(5～10)g的氧化亚硅，超声分散均匀后，得到氧化亚硅混合液B；

3)称取质量为(5～15)g的多巴胺溶于100ml的溶剂中，分散均匀后，再添加质量为(0.5～2)g的分散剂、质量为(1～5)g的无机锂盐，并搅拌均匀得到包覆液C；

4)通过螺杆-挤出机将石墨烯分散液A和氧化亚硅混合液B混合，之后过滤、干燥，研磨后，添加到包覆液C中，并通过包覆机进行包覆，之后升温到600～900℃碳化1～6h，自然降温到室温，并进行粉碎、分级得到一种氧化亚硅-石墨烯复合材料。

进一步优选的是，在步骤2)中，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3―环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、甲基三丁酮肟基硅烷或异氰酸丙基三乙氧基硅烷的一种。