[發明專利]一種納米二氧化硅包覆石墨負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201611250975.5
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106784717A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 劉瑤;黃光艷;李闖;余沖;項朗;林定文;張文博;丁先紅;舒方君;周環波
• 申請（專利權）人: 湖北宇電能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所42001
• 代理人: 王敏鋒

技術領域

本發明涉及鋰離子電池材料領域，更具體涉及一種納米二氧化硅包覆石墨負極材料的制備方法。本發明所制備的一種納米二氧化硅包覆石墨負極材料可以用作鋰離子電池負極活性物質，制造鋰離子電池。

背景技術

目前，鋰離子電池所使用的負極材料通常是石墨材料。鋰離子電池負極材料的相關研究也主要集中在對天然石墨的改性、新型碳納米管、石墨烯、無定形碳以及眾多的金屬氧化物等。其中，石墨是最早用于鋰離子電池的碳負極材料，其導電性好，結晶度高，具有完整的層狀晶體結構，適宜鋰離子的嵌入與脫出。但是，石墨作為鋰離子電池的負極活性材料，因其非極性、密度低、機械強度較差等特點，除了石墨容量相對較低、充放電循環性能較差等缺陷外，在制造鋰離子電池負極極片的過程中石墨負極還存在與水的相容性較差、分散度低、加工性能差，生產過程石墨粉塵污染生產環境及設備等不足。

碳納米管是由單層或多層同軸炭片層組成的“具有類似于石墨層狀結構”的材料。碳納米管的sp²雜化結構以及高的長徑比為其帶來了一系列優異性能。這種特殊的微觀結構使得鋰離子的嵌入深度小、行程短及嵌入位置多(管內和層間的縫隙、空穴等)，同時因碳納米管導電性能很好，具有較好的電子傳導和離子運輸能力，適合作鋰離子電池負極材料。因此，碳納米管作為鋰離子電池負極材料，顯然比傳統的石墨電極更有優勢。但采用碳納米管直接作為鋰離子電池負極材料也存在不足之處：1)首次不可逆容量較大，首次充放電效率比較低；2)碳納米管負極缺乏穩定的電壓平臺；3)碳納米管存在電位滯后現象。此外，碳納米管的合成成本極高。這些都限制了碳納米管作為鋰離子電池負極材料的實際應用。石墨烯(Graphene)是一種僅由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型晶格的平面薄膜，亦即只有一個碳原子厚度的二維材料。相比其他炭材料如碳納米管，石墨烯具有獨特的微觀結構，這使得石墨烯具有較大的比表面積和蜂窩狀空穴結構，具有較高的儲鋰能力。此外，材料本身具有良好的化學穩定性、高電子遷移率以及優異的力學性能，使其作為電極材料具有突出優勢。與碳納米管類似，純石墨烯材料由于首次循環庫侖效率低、充放電平臺較高以及循環穩定性較差、合成成本奇高，商用價值欠缺等等缺陷，并不能取代目前商用的炭材料直接用作鋰離子電池負極材料。金屬氧化物-碳(如：SnO、VO₂、TiO₂、Li_xFe₂O₃、Li₄Mn₂O₁₂、Li₄Ti₅O₁₂覆碳材料等)材料作為鋰離子電池的負極，由于在有機電解質溶液中碳表面形成能讓電子和鋰離子自由通過的鈍化層，這種鈍化層保證了電極良好的循環性能的同時，會引起電極嚴重的首次充放電不可逆容量的損失，有時甚至能引起電極內部的結構變化和電接觸不良。另外，高溫下也可能因保護層的分解而導致電池失效或產生安全問題。