[发明专利]一种硅基锂离子电池负极材料的制备方法以及由此得到的硅基锂离子电池负极材料

说明书

本发明涉及硅基锂离子电池负极材料的制备方法，包括将氧化石墨烯溶解于水中形成氧化石墨烯浆料；在所述氧化石墨烯浆料中加入苯胺单体并形成第一混合浆料，在所述第一混合浆料中加入植酸并形成第二混合浆料；在所述第二混合浆料中加入硅纳米颗粒并形成第三混合浆料；在所述第三混合浆料中加入引发剂并形成第四混合浆料；将所述第四混合浆料直接涂布烘干形成为硅基锂离子电池负极材料。本发明还提供根据上述的制备方法得到的硅基锂离子电池负极材料，其中，该硅基锂离子电池负极材料为氧化石墨烯包裹的附着硅纳米颗粒的聚苯胺骨架孔状微结构。本发明的制备方法简单，生产过程安全性高，原料丰富，生产成本低，可实现规模化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池硅基负极材料的制备，更具体地涉及一种硅基锂离子电池负极材料的制备方法以及由此得到的硅基锂离子电池负极材料。

背景技术

锂离子电池相比于其他二次电池具有高能量密度，高循环性能，低成本等特点，目前在高能量储能领域被广泛应用。随着科技的发展，人们对储能应用中能量密度的需求越来越高，而由于目前锂离子电池所用材料的局限，获得更高能量密度的锂离子电池性能，成为很多研究和技术突破的主要难点。而其中锂离子电池的负极材料是锂电池的关键材料之一，也是决定最终电池性能的关键因素，负极材料性能的高低直接决定锂电池的电池容量，安全性等综合性能。

目前锂离子电池中主要利用的负极材料仍是碳材料，这种负极材料具有充放电电位低且稳定，循环稳定性好，安全等特点，但碳材料放电容量较低，理论容量只有372mAh/g，限制了锂离子电池的整体能量密度的发挥。而除此以外，硅负极材料具有除锂外最高的理论比容量(可达4200mAh/g)，是石墨负极的10倍，是最有希望满足目前日益增长的能量需求的负极材料，也是很多研究和产业化技术突破的热点。然而其缺点是与高容量相对应的在嵌锂过程中极大的体积膨胀，导致了硅活性材料的团聚和粉化，以及固体电解质界面膜(SEI膜)的不断破裂和再生，从而使得电池的循环性能急剧的下降。

常用的改善硅负极的循环性能的方法是通过采用纳米尺度的硅材料，包括纳米颗粒，纳米线，纳米管以及纳米薄膜来增大材料比表面积，减少颗粒内应力集中，缓解体积膨胀，降低硅的团聚。崔屹等人通过硅纳米颗粒与硅纳米线构成硅基电极材料，获得2000mAh/g的比容量。但是由于硅材料本身导电性较差，所以对硅材料纳米化处理并不能完全解决硅材料循环性能衰减快的问题，在崔屹等人这个的研究中，尽管获得高的比容量，但在循环30次后的容量保持率为81％(Chem.Commun.2011,47,367-369)，性能衰减仍然较快。另一种方法是通过对硅纳米颗粒进行碳包覆等方式进行处理，以达到在对硅基电极材料导电性得到改善的同时也可起到抑制体积膨胀和稳定SEI膜的作用。但是碳包覆结构往往使得硅材料没有足够的可膨胀空间，最终仍然会导致结构的破裂。例如有人通过在硅纳米线上包裹一层碳层，很好的抑制硅的体积膨胀，循环50次容量仍可以保持在1300mAh/g的容量，但仍然无法避免多次循环后结构的破坏，在用于全电池中，仅30次容量保持率降为61％(NanoLett.2009,9,3370-3374)。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的硅基负极的循环稳定差等问题，本发明旨在提供一种硅基锂离子电池负极材料的制备方法以及由此得到的硅基锂离子电池负极材料。

本发明提供一种硅基锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：S1，将氧化石墨烯溶解于水中形成氧化石墨烯浆料；S2，在所述氧化石墨烯浆料中加入苯胺单体并形成第一混合浆料，其中，苯胺单体上的苯环结构与氧化石墨烯形成π-π键连接；S3，在所述第一混合浆料中加入植酸并形成第二混合浆料，其中，植酸上的苯环与苯胺单体相互吸引连接；S4，在所述第二混合浆料中加入硅纳米颗粒并形成第三混合浆料，其中，硅纳米颗粒与植酸上的磷酸根基团螯合并使得苯胺单体紧密地连接在硅纳米颗粒上；S5，在所述第三混合浆料中加入引发剂并形成第四混合浆料，其中，苯胺单体在引发剂的引发下原位聚合形成聚苯胺，同时牵引氧化石墨烯对聚苯胺进行包裹；S6，将所述第四混合浆料直接涂布烘干形成为硅基锂离子电池负极材料。