[发明专利]一种石墨烯增强碳硅复合材料的制备方法

说明书

本发明属于碳硅材料技术领域，具体涉及一种石墨烯增强碳硅复合材料的制备方法，按照如下步骤：步骤1，将鳞片石墨加入至聚丙烯酸钠水溶液中超声30‑60min，然后加入造粒装置中造粒，得到石墨颗粒；步骤2，将纳米硅材料加入至无水乙醇中，然后加入硅烷偶联剂搅拌均匀，形成硅分散液；步骤3，将硅分散液均匀喷涂在石墨颗粒表面，然后加入烘干，形成硅包裹石墨颗粒；步骤4，将硅包裹石墨颗粒加入至反应釜中进行还原反应2‑3h，得到硅包裹石墨烯材料；步骤5，将羟乙基纤维素加入至蒸馏水中形成粘稠液，然后均匀涂覆在硅包裹石墨烯材料表面，得到碳包裹颗粒；步骤6，将碳包裹颗粒加入至反应釜中非氧碳化反应2‑5h，冷却后得到石墨烯增强碳硅复合材料。

技术领域

本发明属于碳硅材料技术领域，具体涉及一种石墨烯增强碳硅复合材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有电压高、循环性能好、自放电量小、无记忆效应等突出优点，已广泛应用于移动终端、数码产品及便携式移动设备、电动汽车和储能电站等领域。但是，随着新能源汽车市场高速发展，目前锂离子电池很难满足新能源汽车长续航能力的要求，因此开发高能量密度电池产品已成为锂电行业迫切需求。

商业化锂电池使用的负极材料主要是传统石墨，但是石墨本身的理论比容量低(374mAh/g)，目前石墨比容量已接近其理论比容量，其容量提高很难再有突破性进展。硅材料作为负极材料理论比容量较高(4200mAh/g)，且硅在嵌锂和脱锂反应中电压怕平台低，不会在表面析锂，安全性好，受到材料界普遍的关注与研究。但是硅也有很明显的缺点，硅电导率低；此外，硅循环过程中体积膨胀变化巨大，易发生粉化、活性物质与集流体失去电接触，甚至进一步从集流体脱落，最终造成循环性能的严重衰减；另外，膨胀导致形成的SEI膜破裂，暴露出新的界面，继续形成新的SEI膜，导致循环之后硅颗粒外层的SEI膜越来越厚，最终阻隔了锂离子的嵌入。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种石墨烯增强碳硅复合材料的制备方法，解决了硅材料膨胀问题，利用内部石墨烯的强硬度和包裹碳的致密性，能够有效的稳定硅材料的结构，降低膨胀变化。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

一种石墨烯增强碳硅复合材料的制备方法，按照如下步骤：

步骤1，将鳞片石墨加入至聚丙烯酸钠水溶液中超声30-60min，然后加入造粒装置中造粒，得到石墨颗粒；

步骤2，将纳米硅材料加入至无水乙醇中，然后加入硅烷偶联剂搅拌均匀，形成硅分散液；

步骤3，将硅分散液均匀喷涂在石墨颗粒表面，然后加入烘干，形成硅包裹石墨颗粒；

步骤4，将硅包裹石墨颗粒加入至反应釜中进行还原反应2-3h，得到硅包裹石墨烯材料

步骤5，将羟乙基纤维素加入至蒸馏水中形成粘稠液，然后均匀涂覆在硅包裹石墨烯材料表面，得到碳包裹颗粒；

步骤6，将碳包裹颗粒加入至反应釜中非氧碳化反应2-5h，冷却后得到石墨烯增强碳硅复合材料。

所述步骤1中鳞片石墨在水中的浓度为30-60g/L，所述聚丙烯酸钠水溶液的浓度为10-40g/L，所述超声反应的频率为20-40kHz，温度为40-60℃。

所述步骤1中的造粒的粒径为1-5mm，温度为100-120℃。

所述步骤2中的纳米硅材料在无水乙醇中的浓度为30-60g/L，所述硅烷偶联剂的加入量是纳米硅材料质量的5-10％。

所述步骤3中的硅分散液的喷涂量是0.1-0.4g/cm²，所述烘干的温度为80-90℃。

所述步骤4中的还原反应采用氢气反应，温度为300-400℃。