[发明专利]一种石墨烯复合负极材料制备方法

说明书

本发明提供一种石墨烯复合负极材料制备方法，包括如下步骤：将天然鳞片石墨与浓硫酸、硝酸钠发生发生低温反应，在搅拌的过程中缓慢加入高锰酸钾，进行中温反应，缓慢加入去离子水，加热使得溶液升温，然后缓慢加入过氧化氢进行高温反应，烘干得到氧化石墨；将氧化石墨与蒸馏水混合加入硼氢化钠，将溶液加热回流静置过滤并自然晾干，收集生成的石墨烯；将石墨烯与碳纤维五氧化二磷、纳米硅粉、纳米二氧化钛反应制得石墨烯复合负极材料；首先采用天然鳞片石墨制得石墨烯成本很低，且该材料所制备的锂离子电池具有优异的循环性能，还具有良好的安全性能，针刺、挤压、过充、过放等测试不爆炸、不起火。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制备技术领域，具体涉及一种石墨烯复合负极材料制备方法。

背景技术

锂离子电池的负极材料有碳材料、金属间化合物、硅基化合物等。目前商业化锂离子电池负极材料采用的是石墨类碳材料，具有较低的锂嵌入 / 脱嵌电位、合适的可逆容量且资源丰富、价格低廉等优点，是比较理想的锂离子电池负极材料。但其理论比容量只有372mAh/g，因而限制了锂离子电池比能量的进一步提高，不能满足日益发展的高能量便携式移动电源的需求。

如申请公布号为CN 105914355 A的发明公开了一种锂离子电池用石墨负极材料及其制备方法，主要解决现有技术中存在的现有表面包覆对石墨负极材料性能的提高，特别是大电流充放电性能的改善不是很特别显著，以至石墨负极材料在高端锂离子电池的应用受到一定限制的问题。该锂离子电池用石墨负极材料，所述石墨负极材料是以石墨材料为内核，在石墨材料表面包覆有一层由氧化石墨烯、聚乙烯醇、纳米铁组成的包膜；所述包膜的质量为石墨负极材料质量的0 .05～10％。通过上述方案，本发明达到了更高的振实密度和导电率，包膜石墨负极材料制成的锂电池的可逆比容量更高，具有很高的实用价值和推广价值。但是受于材料限制，其性能不能再提高。

在各种新型负极材料中，硅基负极具有独特的优势和潜力。硅负极材料在充放电过程中，能与锂形成 Li12Si7、L i13Si4、L i7Si3、L i15Si4、L i22Si5 等合金，具有高容量 (Li22Si5，最高 4200mAh/g)、脱嵌锂的电压低、与电解液反应活性低、安全性能好等优点。然而，硅在脱嵌锂反应过程中会发生剧烈的体积膨胀 (0 ～ 300％ )，从而造成材料结构的破坏和粉化，致使容量迅速衰减，循环性能恶化。此外，硅负极还存在电导率低，倍率性能欠佳，库伦效率较低等缺陷。

石墨烯作为一种新型平面二维材料，最早由英国曼彻斯特大学的Novoselov等利用胶带剥离高定向石墨的方法获得。石墨烯碳原子紧密堆积形成单层二维蜂窝状晶格结构，具有超大的比表面积以及优异的电学、力学、光学和热学性质。人们普遍预测石墨烯在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有重大的应用前景。

目前，国内外石墨烯的主要制备方法有机械劈裂法、外延晶体生长法、化学气相沉积法、氧化石墨的热膨胀和还原方法。还有其它一些制备方法也陆续被开发出来，如气相等离子体生长技术，静电沉积法和高温高压合成法等。其中氧化石墨还原法制备的石墨烯成本较低，最有可能实现石墨烯规模化制备。

目前，有效减缓硅作为负极材料容量快速衰减的方法一般是将活性材料与其它基体材料进行复合或者合成特定形貌的活性材料。而到目前为止，还没有任何将石墨烯与 Si复合制备复合材料的技术，更没有相关复合材料作为锂电池负极材料的相关报道。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种石墨烯复合负极材料制备方法，该材料制备的锂电池具有良好的安全性能，针刺、挤压、过充、过放等测试不爆炸、不起火。

为解决上述技术问题，本发明提供一种石墨烯复合负极材料制备方法，包括如下步骤：

S1、将天然鳞片石墨与浓硫酸、硝酸钠发生发生低温反应，在搅拌的过程中缓慢加入高锰酸钾，加入后反应70～85分钟，溶液呈现紫绿色；