[发明专利]一种分散和包覆电极材料的方法及其应用

说明书

提供一种分散和包覆电极材料的方法，所述方法包括：1)将氧化石墨烯溶液和电极材料在球磨机中进行研磨分散，得到均匀分散的浆料；2)配置一定浓度的聚沉剂水溶液，将步骤1)的浆料缓慢加入其中；3)离心得到凝聚后的复合材料，并烘干；4)将步骤3)得到的烘干的材料，在惰性气氛下烧结处理。该方法制备的复合材料作为锂离子电池负极材料，具有优异的循环稳定性和倍率性能，循环过程中电极材料界面稳定，没有明显的粉化破裂现象。

技术领域

本发明涉及一种高效分散和包覆材料的方法，特别涉及大规模分散和包覆材料及作为高比容量锂离子电池电极材料的应用。

背景技术：

随着不可再生资源的日益消耗和环境污染的加剧，新能源尤其是清洁能源的发展和利用对社会可持续发展极为重要。电池具有无环境污染、低成本、长寿命等优势，已经被广泛的应用于便携式电子设备和电动汽车等领域，而且在能源领域逐渐占据主导地位，作为战略性新兴产业和我国汽车产业转型发展的重要突破口，提高电池的能量密度是未来研发的主要方向。电池的能量密度取决于电极材料，然而目前的商业化石墨类负极材料，比容量较低，难以满足国家发展规划，硅、锗、锡、磷等负极材料具有高的理论容量，但是自身导电性较差，而且在使用过程中容易出现粉化，造成电池性能急剧衰退，难以直接应用于电池体系中。纳米结构电极材料的应用在一定程度上缓解了粉化的问题，但是纳米材料的团聚、高的比表面积限制了纳米材料的实际应用，目前主要通过碳包覆的方式，提高材料的导电性，构建稳定的界面，然而大规模应用过程中成本高、均一性差。因此开发一种可大规模应用的高效分散和包覆电极材料的方法极为重要。

发明内容

本发明目的在于利用电荷相互作用实现纳米材料的高效分散和均匀包覆，特别是针对高容量的电池负极材料，解决充放电过程中循环稳定性和倍率性能差的问题，而且提供了一种生产工艺简单、可商业化大规模生产的工艺路线。

本发明提供一种分散和包覆电极材料的方法，所述方法包括：

1)将氧化石墨烯溶液和电极材料在球磨机中进行研磨分散，得到均匀分散的浆料；

2)配置一定浓度的聚沉剂水溶液，将步骤1)的浆料缓慢加入其中；

3)离心得到聚沉后的复合材料，并烘干；

4)将步骤3)得到的烘干的材料，在惰性气氛下烧结处理。

所述聚沉剂选自多巴胺、邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯、质子化壳聚糖、氨水，蛋白质、氨基酸、吡啶基、咪唑盐、季磷盐、季铵盐，所述电极材料选自硅、磷、氧化硅、金属氧化物、金属硫化物，烧结后的复合材料中石墨烯的含量为5％-50％，优选为10％-40％，电极材料的含量为40％-95％，优选为50％-90％，包覆层的厚度为5-20nm，烧结后的复合材料比表面积为3-50g/cm³。

其中，氧化石墨烯自身在水溶液中羧基解离，导致氧化石墨烯表面带负电荷。加入聚沉剂的目的是通过静电作用将分散均匀的悬浮液聚沉，聚沉后将材料高温烧结，聚合物烧成无定形碳，起到分散和包覆的效果。

本发明所述的烧结后的复合材料按照如下步骤制得：

1)将氧化石墨烯溶液和电极材料在球磨机中进行研磨分散，得到均匀分散的浆料；

2)配置一定浓度的聚沉剂水溶液，将步骤1)的浆料缓慢加入其中；

3)离心得到聚沉后的复合材料，并烘干；

4)将步骤3)得到的烘干的材料，在惰性气氛下烧结处理。

其中步骤1)中氧化石墨烯的浓度为5-15g/L，电极材料的平均粒径为10nm-1μm，电极材料选自包含但不仅限于下述物质的中的一种或多种：硅、磷、氧化硅、金属氧化物、金属硫化物，球磨机的频率为20-60Hz，球磨时间为2-10h；