[發明專利]一種鋰離子電池負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610669058.4
• 申請日: 2016-08-15
• 公開（公告）號: CN107768607B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 許志
• 申請（專利權）人: 福建新峰二維材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
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本發明公開了一種鋰離子電池負極材料的制備方法，其制備方法包括如下步驟：在石墨烯表面生長納米硅球，形成石墨烯/納米硅復合材料；對石墨烯/納米硅復合材料進行包糖處理；對包糖處理后的石墨烯/納米硅復合材料進行碳化處理，形成碳/石墨烯/納米硅球復合材料。本發明制備方法簡單，生產良率高，納米硅球尺寸小且均勻，與石墨烯相互結合，能有效減少在充放電過程中脫嵌鋰引起的硅自身的體積膨脹，減少電極內部應力，避免硅球過度膨脹而損壞。

技術領域

本發明涉及太陽能電池技術領域，尤其涉及一種鋰離子電池負極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有電壓高、比能量高、無記憶效應，循環壽命長，無環境污染等特點，是目前使用最廣泛的可充電移動電源。鋰離子電池負極材料是目前鋰離子電池研究的核心。商業鋰離子電池的負極材料多為石墨材料。石墨具有結晶的層狀結構，易于鋰離子在其中的嵌入和脫嵌，形成層間化合物LiC6，是一種性能穩定的負極材料。但石墨負極理論比容量僅為372mAh/g，限制了鋰離子電池的進一步發展。

硅基負極材料具有高達4200mAh/g的比容量，看起來是理想的高比容量且安全的負極材料，但是硅基材料在嵌鋰脫鋰過程中會有320％的體積變化，這往往導致硅活性材料粉化，而從涂覆的集電極上脫落，失去充放電特性。另外，硅是一種本征半導體材料，不進行摻雜或者包覆改性的話，其導電性遠比石墨等碳材料要差，因此，不能形成有效的導電網絡，實現有效快速地充放電。

目前對于硅基材料存在的問題已有了一定的解決方法。可通過將硅處理到納米尺寸，或采用表面改性、摻雜、復合等方法形成包覆或高度分散的體系，從而提高材料的力學性能，以緩解脫嵌鋰過程中體積膨脹產生的內應力對材料破壞。但另一方面，純納米硅又易團聚，且制備方法較復雜，耗能高。再者，一般是通過將硅顆粒材料與碳材料復合。該方法一般是先將硅顆粒與碳材料進行球磨后，再進行熱處理。通過高速球磨可以得到具有較小粒徑的硅與碳材料的復合材料，碳材料在充放電循環過程中能提高導電性以及抑制硅體積膨脹的作用。在該復合材料的制備中，由于采用的硅原料是硅顆粒，單純通過球磨得不到均勻的、小尺寸的硅顆粒材料；碳材料與硅不能在納米尺度范圍內復合，碳材料的導電與緩沖作用不能充分發揮，影響材料的電化學性能。因此，現有納米硅與碳材料復合材料的復合技術還有待改進。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種制備方法簡單，生產良率高的鋰離子電池負極材料的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種鋰離子電池負極材料的制備方法，其制備方法包括如下步驟：

在石墨烯表面生長納米硅球，形成石墨烯/納米硅復合材料；

對石墨烯/納米硅復合材料進行包糖處理；

對包糖處理后的石墨烯/納米硅復合材料進行碳化處理，形成碳/石墨烯/納米硅球復合材料。

進一步的，所述在石墨烯表面生長納米硅球，形成石墨烯/納米硅復合材料為將石墨烯放入反應室內，抽真空并對反應室進行加熱，在溫度達到500℃-1000℃時，通入1-500sccm的載氣氣體，反應室壓強保持在0.01Torr-10Torr，向反應室通入1-500sccm的反應氣體，反應氣體在高溫下分解反應生成納米硅球附著在石墨烯表面形成石墨烯/納米硅復合材料。

進一步的，所述反應氣體為SiH₄、SiH₂Cl₂中的至少一種。

進一步的，所述載氣氣體為N₂、Ar中的至少一種。

進一步的，所訴包糖處理為將石墨烯/納米硅球復合材料浸漬入熔融狀態的糖漿中，使得石墨烯/納米硅球復合材料表面完全被糖漿包覆。