[发明专利]一种硅/褶皱石墨烯电极材料的制备方法

说明书

本发明提供一种硅/褶皱石墨烯电极材料的制备方法。将硅铝合金颗粒加入到氧化石墨烯溶液中，超声分散均匀，抽滤成复合薄膜；薄膜未完全干燥时，加入到稀盐酸溶液中反应，取出薄膜自然晾干，加热清除剩余溶剂，使用氢碘酸溶液还原氧化石墨烯，用乙醇清洗后得到硅/褶皱石墨烯电极材料。本发明所述方法中褶皱状石墨烯本身可以用于增强锂电池的充电性能与储电性能，而且可防止锂形成支状结晶，另外，盐酸与铝反应产生气体，可使氧化石墨烯薄膜内部产生大量褶皱，反应掉的铝也会产生空隙，产生类似中空核壳结构的效果，高弹性的褶皱石墨烯可被压缩，能够有效缓冲硅的体积膨胀。

技术领域

本发明涉及电极材料制备领域，尤其涉及一种硅/褶皱石墨烯薄膜材料的制备方法。

背景技术

锂电池的用途非常广泛，如手机、平板电脑、笔记本电脑、手电筒、数码相机、LED、电动玩具、电动汽车等。硅具有极高的质量比容量与体积比容量，对电解液的适用范围更广，高的脱嵌锂电位可有效避免大倍率充放电过程中锂的析出，能够提高电池的安全性，因此，硅被认为是最有潜力的新一代高容量锂离子电池负极材料。由于巨大的体积效应的影响，硅电极材料在充放电过程中会粉化而从集流体上剥落，活性物质与活性物质，活性物质与集流体之间失去电接触，同时不断形成新的固相电解质层，最终导致硅负极材料低的可逆容量、差的循环稳定性和倍率性能。

石墨烯与硅复合得到具有包覆或层状结构的复合材料可以有效缓冲充放电过程中的体积效应，可显著提高硅基材料的循环稳定性和可逆容量。由于硅在充放电过程中体积可以扩至300％，普通的包覆并不能完全缓冲体积效应带来的影响，崔屹等在Si颗粒外首先制备一层SiO₂，再用碳材料进行包覆，制备了从内而外的Si/SiO₂/C复合结构，利用盐酸腐蚀掉中间层SiO₂，形成中空的核壳结构，这空出来的空间有效缓解硅的体积膨胀；但是，制备中空结构的方法步骤复杂，需要精确控制且耗费时间较多，腐蚀掉的部分形成了浪费，急需一种更为简单有效的方法来解决硅的体积效应。

发明内容

提出了一种硅/褶皱石墨烯电极材料的制备方法。褶皱状石墨烯本身可以用于增强锂电池的充电性能与储电性能，而且可防止锂形成支状结晶，能够极大地提高有效锂电充放电循环的次数。另外，褶皱状石墨烯与硅颗粒复合后，高弹性的褶皱石墨烯与硅颗粒之间存在更多空间且可被压缩，能够有效缓冲硅的体积膨胀。

本发明采用如下技术方案：

一种硅/褶皱石墨烯电极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将硅铝合金颗粒加入到氧化石墨烯溶液中，超声分散均匀，抽滤成复合薄膜；

(2)薄膜未完全干燥时，加入到稀盐酸溶液中反应，取出薄膜自然晾干，加热清除剩余溶剂，使用氢碘酸溶液还原氧化石墨烯，用乙醇清洗后得到硅/褶皱石墨烯电极材料。

步骤(1)中的硅铝合金中硅含量为10-80％。

步骤(1)中的硅铝合金与氧化石墨烯的质量比为0.1-10。

步骤(1)中的超声分散时间为0.5-2h。

步骤(2)中的加入到稀盐酸溶液中反应时间为1-12h。

步骤(2)中的加热清除剩余溶剂所用温度为70℃，持续4-12h。

步骤(2)中的氢碘酸溶液浓度为10-30％，还原时间为0.5-6h。

本发明具有如下优势：

(1)本发明所述方法采用硅铝合金与氧化石墨烯复合成膜，盐酸与铝反应产生气体，可使氧化石墨烯薄膜内部产生大量褶皱，反应掉的铝也会产生空隙，产生类似中空核壳结构的效果。另外，高弹性的褶皱石墨烯可被压缩，能够有效缓冲硅的体积膨胀。