[發(fā)明專利]鋰離子電池硅石墨烯復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110247595.7
• 申請(qǐng)日: 2011-08-26
• 公開（公告）號(hào): CN102306757A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何雨石;楊軍;高鵬飛;馬紫峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/38
• 分類號(hào): H01M4/38
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國(guó)中

1.一種鋰離子電池硅石墨烯復(fù)合負(fù)極材料，其特征在于，由硅粉、石墨烯和無(wú)定形碳組成，以重量百分比計(jì)，所述硅粉為10～99%，石墨烯為1～90%，無(wú)定形碳為0～40%；所述硅粉粒徑為20nm～5μm；所述石墨烯構(gòu)成具有內(nèi)部空腔的三維立體導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，并將所述硅粉包裹在其內(nèi)部空腔內(nèi)，形成球形或類球形的復(fù)合顆粒，所述復(fù)合顆粒的粒徑為500nm～15μm。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池硅石墨烯復(fù)合負(fù)極材料，其特征在于，以重量百分比計(jì)，所述硅粉為50～80%，所述石墨烯為5～35%，所述無(wú)定形碳為0～25%；所述硅粉粒徑為50nm～200nm；所述復(fù)合顆粒的粒徑為1～6μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池硅石墨烯復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：?

(1)、當(dāng)無(wú)定形碳的重量百分比含量為零時(shí)，步驟為：

將1重量份的硅粉和0.017～15重量份的氧化石墨烯分散在溶劑中，通過攪拌或超聲使其分散均勻，然后進(jìn)行噴霧干燥，進(jìn)口溫度在120～220℃，出口溫度在80～140℃；除去溶劑，然后將其置于高溫爐中，通入保護(hù)氣體，升溫至500～1100℃進(jìn)行高溫退火處理，保溫1～24小時(shí)，使氧化石墨烯發(fā)生還原，然后自然冷卻至室溫，得到鋰離子電池硅石墨烯復(fù)合負(fù)極材料；

或者，將1重量份的硅粉和0.01～9重量份的石墨烯分散在溶劑中，通過攪拌或超聲使其分散均勻，然后進(jìn)行噴霧干燥，進(jìn)口溫度在120～220℃，出口溫度在80～140℃；除去溶劑，得到鋰離子電池硅石墨烯復(fù)合負(fù)極材料；

（2）、當(dāng)無(wú)定形碳的重量百分比含量＞0且≤40%時(shí)，步驟為：

第一步，進(jìn)行如下的（a）或（b）所述步驟，

（a）、將1重量份的硅粉和0.017～15重量份的氧化石墨烯分散在溶劑中，通過攪拌或超聲使其分散均勻，然后進(jìn)行噴霧干燥，進(jìn)口溫度在120～220℃，出口溫度在80～140℃；除去溶劑，然后將其置于高溫爐中，通入保護(hù)氣體，升溫至500～1100℃進(jìn)行高溫退火處理，保溫1～24小時(shí)，使氧化石墨烯發(fā)生還原，然后自然冷卻至室溫；

或者（b）、將1重量份的硅粉和0.01～9重量份的石墨烯分散在溶劑中，通過攪拌或超聲使其分散均勻，然后進(jìn)行噴霧干燥，進(jìn)口溫度在120～220℃，出口溫度在80～140℃；除去溶劑；

第二步，將所述步驟（a）或（b）制得的物質(zhì)置于高溫爐中，在保護(hù)氣體中升溫至600～1100℃，然后由保護(hù)氣體載入氣態(tài)碳源或液態(tài)碳源，保溫1～12小時(shí)，使所述氣態(tài)碳源或液態(tài)碳源裂解形成無(wú)定形碳，得到鋰離子電池硅石墨烯復(fù)合負(fù)極材料；所述無(wú)定形碳在所述鋰離子電池硅石墨烯復(fù)合負(fù)極材料中的重量百分比含量為0～40%；

或者，將所述步驟（a）或（b）制得的物質(zhì)和固態(tài)碳源一起通過超聲處理和攪拌使其均勻分散在溶劑中，然后蒸干溶劑，轉(zhuǎn)移到高溫爐內(nèi)，在保護(hù)氣體中升溫至600～1100℃，保溫1～12小時(shí)，使所述固態(tài)碳源裂解形成無(wú)定形碳，得到鋰離子電池硅石墨烯復(fù)合負(fù)極材料；所述無(wú)定形碳在所述鋰離子電池硅石墨烯復(fù)合負(fù)極材料中的重量百分比含量為0～40%。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子電池硅石墨烯復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述溶劑為去離子水、甲醇、乙醇、乙二醇、乙醚、丙酮、四氫呋喃、苯、甲苯、二甲苯、N,N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮。

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5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子電池硅石墨烯復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述保護(hù)氣體為氬氣，氮?dú)猓猓瑲鍤馀c氫氣的混合氣體或氮?dú)馀c氫氣的混合氣體，所述混合氣體中氫氣的體積百分比含量為1～40%。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子電池硅石墨烯復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述高溫退火處理的溫度為600～900℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子電池硅石墨烯復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述氣態(tài)碳源為乙炔、甲烷、乙烷，乙烯、丙烯、一氧化碳中的一種或幾種的混合。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子電池硅石墨烯復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述液態(tài)碳源為苯、甲苯、二甲苯、乙醇、正己烷、環(huán)己烷中的一種或幾種的混合。