[发明专利]二氧化硅-石墨烯复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种二氧化硅‑石墨烯复合负极材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)将有机硅酸酯溶于一有机溶剂，得到第一混合液；(2)向所述第一混合液加入氧化剂、造孔剂以及氧化石墨烯溶液，混合后得到第二混合液；(3)将所述第二混合液置于高压反应釜中，并在150℃～200℃的温度下反应，干燥，得到多孔的二氧化硅/氧化石墨烯复合材料；(4)将所述二氧化硅/氧化石墨烯复合材料与粘结剂混合，并涂覆于铜箔表面，并于还原气氛下进行热处理，得到二氧化硅‑石墨烯复合负极材料。本发明还提供一种二氧化硅‑石墨烯复合负极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种二氧化硅-石墨烯复合负极材料及其制备方法。

背景技术

现有的锂离子电池负极材料主要采用石墨。然而，石墨的理论比容量仅为372mAh/g，因此，锂离子电池作为动力电池在交通和储能等领域的实际应用受到制约。

硅、硅基合金及硅氧化物等具有较高的理论比容量和较好的安全性，是锂离子电池负极材料的理想替代材料。其中二氧化硅具有制备简便、成本低和环境友好等优点，因此成为硅基负极材料的研究热点之一。然而，由于二氧化硅在脱嵌锂过程中会发生巨大的体积变化，而导致负极材料粉化、失去电接触或是比容量快速衰减等现象，同时二氧化硅的导电性偏差，影响锂离子电池的充放电倍率以及锂离子的传导速率。

目前，有研究者通过对二氧化硅进行包覆改性或造孔，以期降低二氧化硅材料的膨胀率，提高二氧化硅循环稳定性。例(公开号为CN104037396A的中国专利申请公开了一种硅-碳多元复合负极材料及其制备方法，该硅-碳多元复合负极材料由柔性石墨、纳米硅和无定型碳组成，无定型碳由有机碳源经过高温热解后得到，柔性石墨是膨胀石墨经施压后获得，制备出的硅-碳多元复合负极材料膨胀率高，导致其循环性能差，并且无定型碳材料直接包覆硅，而存在振实密度低、结合力差及掺杂均一性差等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种比表面大、振实密度高及倍率性能佳的二氧化硅-石墨烯复合负极材料及其制备方法。

本发明提供一种二氧化硅-石墨烯复合负极材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

(1)将有机硅酸酯溶于一有机溶剂，得到第一混合液；

(2)向所述第一混合液加入氧化剂、造孔剂以及氧化石墨烯溶液，混合后得到第二混合液；

(3)将所述第二混合液置于高压反应釜中，并在150℃～200℃的温度下反应，干燥，得到多孔的二氧化硅/氧化石墨烯复合材料，其中在这一反应过程中有机硅酸酯发生分解形成二氧化硅，同时在氧化剂的作用下氧化石墨烯的表面形成多个第一孔结构；

(4)将所述二氧化硅/氧化石墨烯复合材料与粘结剂混合，并涂覆于铜箔表面，并于还原气氛下进行热处理，得到二氧化硅-石墨烯复合负极材料，其中，在热处理过程中，所述造孔剂经烧结后会形成多个第二孔结构，并且氧化石墨烯经过热处理而被还原为石墨烯，所述热处理的温度为800℃～900℃。

本发明还提供一种采用上述制备方法得到的二氧化硅-石墨烯复合负极材料，所述二氧化硅-石墨烯复合负极材料包括石墨烯以及二氧化硅颗粒，所述二氧化硅颗粒均匀分布于石墨烯的层间及表面，所述二氧化硅-石墨烯复合负极材料具有多个孔状结构，所述孔状结构包括第一孔结构以及第二孔结构，所述第一孔结构形成于石墨烯的表面并且为纳米级孔洞，相邻的二氧化硅颗粒之间为所述第二孔结构，所述第二孔结构为微米级孔洞。

与现有技术相比较，本发明所述二氧化硅-石墨烯复合负极材料的制备方法的优点(下：