[发明专利]一种类夹心棒硅碳负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种类夹心棒硅碳负极材料及其制备方法，所述的硅碳负极材料形状类似夹心棒，从内至外由碳纳米管层、硅层、聚多巴胺碳层、石墨烯层组成，其制备方法包括以下步骤：S1：碳纳米管/二氧化硅复合物的制备；S2：碳纳米管/硅复合物的制备；S3：碳纳米管/硅/聚多巴胺复合物的制备；S4：碳纳米管/硅/聚多巴胺/氧化石墨烯复合物的制备；S5：类夹心棒硅碳负极材料的制备。本发明的类夹心棒硅碳负极材料可有效抑制SEI膜的过度生长，提高库伦效率，同时可显著提高材料的导电性，改善硅负极材料的体积膨胀以及防止硅层暴露在电解液中而被粉化，提高锂离子电池的循环性能及能量密度。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及到一种类夹心棒硅碳负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种绿色高能环保电池，因其具有能量密度高、环境友好、无记忆效应、循环寿命长、自放电小等突出优点，在手机电池、移动电源及电动汽车等应用上受到广泛的应用和关注。锂离子电池作为动力电池广泛应用于新能源汽车，由于锂离子电池的安全性能、能量密度、大倍率性能和循环寿命还需要进一步提高，目前还没有一种材料能够完全满足汽车动力系统对锂离子电池提出的要求。

为了开发出适应于新能源汽车的锂离子电池，现阶段研发者们主要聚焦于正负极材料。其中，目前负极材料主要以石墨为主，但是其比容量和脱锂电位较低，其较低的脱锂电位（仅为0 .05 V）会造成安全问题，限制了石墨在大容量电池中的应用。硅的出现给予了新能源汽车很大的希望，其具有最高的理论比容量（4200 mAh·g-1）和适中的脱锂电位（0.5 V vs Li+/Li）和储量丰富27 .6%等特点，受到研究者们极大的重视。但是，硅的导电性差，并且在达到最高比容量时，其体积膨胀高达300%以上，严重影响锂离子电池的循环性能，最终导致电化学性能的恶性循环，限制其商业化应用。

因此，现有的技术还有待改进。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种类夹心棒硅碳负极材料及其制备方法，旨在提高硅基材料的导电性及库伦效率，改善硅负极材料的体积膨胀，提高锂离子电池的循环性能及能量密度。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种类夹心棒硅碳负极材料及其制备方法，所述的硅碳负极材料形状类似夹心棒，从内至外由碳纳米管层、硅层、聚多巴胺碳层、石墨烯层组成，其制备方法包括以下步骤：

S1：将碳纳米管分散在含有去离子水、乙醇及氨水的混合溶液中，然后添加正硅酸四乙酯，室温下搅拌30~60min，然后用去离子水、乙醇清洗数次，得到碳纳米管/二氧化硅复合物；

S2：通过化学气相沉积在上述碳纳米管/二氧化硅复合物表面沉积一层硅，然后采用3wt%~10wt%氢氟酸刻蚀2~5h，除去二氧化硅层，用去离子水、乙醇清洗数次，得到碳纳米管/硅复合物；

S3：将盐酸多巴胺加入至缓冲液中，配制一定浓度，然后加入上述碳纳米管/硅复合物，调节pH值8.5，搅拌12~24h，用去离子水、乙醇清洗数次，真空干燥得到碳纳米管/硅/聚多巴胺复合物；

S4：将氧化石墨烯分散在去离子水中，配制成一定浓度的氧化石墨烯分散液，然后加入上述碳纳米管/硅/聚多巴胺复合物，温度升至50~80℃，搅拌5~12h，用去离子水、乙醇清洗数次，真空干燥得到碳纳米管/硅/聚多巴胺/氧化石墨烯复合物；

S5：将上述碳纳米管/硅/聚多巴胺/氧化石墨烯复合物置于有惰性气体的马弗炉中，以2~5℃/min的升温速度升温，热处理2~5h，即可得到类夹心棒硅碳负极材料。

上述技术方案中，一种类夹心棒硅碳负极材料及其制备方法所述步骤中，所述的碳纳米管直径为20~80nm，优选地，所述的碳纳米管直径为30~50nm。

所述的硅层厚度为20~50nm，优选地，所述的硅层厚度为30~40nm。