[發明專利]一種偏硅酸鋰摻雜石墨烯鋰離子電池負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710402299.7
• 申請日: 2017-06-01
• 公開（公告）號: CN107195884B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 王秋芬;楊帥;繆娟;趙曉雷;陽虹;張大峰;陳玉梅;畢文彥
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 41144 鄭州華隆知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 經智勇<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明屬于鋰離子電池技術領域，特別是涉及一種鋰離子電池負極材料。本發明具體公開了一種偏硅酸鋰摻雜石墨烯鋰離子電池負極材料，通過以下步驟制得：將硅粉和氧化石墨混合物加入含有氫氧化鋰的乙醇水溶液中，采用水熱法合成Li₂SiO₃/GE前驅體；Li₂SiO₃/GE前驅體在氬氣保護下經燒結得到偏硅酸鋰摻雜石墨烯鋰離子電池負極材料。本發明提供的偏硅酸鋰摻雜石墨烯鋰離子電池負極材料，經試驗證明，可提高電池比容量和循環性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，特別是涉及一種鋰離子電池負極材料。

背景技術

隨著電動汽車以及航空航天電子設備的發展，對鋰離子電池比容量和循環性能的要求越來越高，而鋰離子電池的性能取決于關鍵材料的性能，從而推動了新型鋰離子電池電極材料的開發和研制。

鋰離子電池的負極材料對于整個電池的性能起到關鍵作用，因此負極材料成為研究的熱點。石墨烯具有優異的導電性、超高的比表面積和很好的機械強度等優點，被認為是最有潛力的鋰離子電池負極材料。但是，石墨烯納米片層之間由于范德華力作用容易發生堆積或團聚等問題，會影響石墨烯作為負極材料的循環性能和倍率性能。因此，可以通過對石墨烯材料的結構改進、表面官能團改性以及運用摻雜、復合等手段來改進石墨烯作為鋰離子電池負極材料，這方面的研究具有重要意義。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種偏硅酸鋰摻雜石墨烯(Li₂SiO₃/GE)鋰離子電池負極材料，可提高電池比容量和循環性能。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種偏硅酸鋰摻雜石墨烯鋰離子電池負極材料，通過以下步驟制得：將硅粉和氧化石墨混合物加入含有氫氧化鋰的乙醇水溶液中，采用水熱法合成Li₂SiO₃/GE前驅體；所述Li₂SiO₃/GE前驅體在氬氣保護下經燒結得到偏硅酸鋰摻雜石墨烯(Li₂SiO₃/GE)鋰離子電池負極材料。

具體的，偏硅酸鋰摻雜石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法，包括以下步驟：

S1：將硅粉和氧化石墨混合，制得硅粉和氧化石墨混合物，所述硅粉和氧化石墨混合物中氧化石墨的質量百分比含量為0.5％～40％；

S2：將硅粉和氧化石墨混合物加入到氫氧化鋰的乙醇水溶液中，氫氧化鋰與硅粉的摩爾比為：氫氧化鋰:硅粉＝2:1，制得反應混合物；

S3：所述反應混合物置于聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中，進行水熱反應，水熱反應的溫度為160℃～200℃，反應時間為16h～24h；

S4：反應結束后過濾，所得固體經洗滌后在烘箱中于50℃～80℃干燥，得到Li₂SiO₃/GE前驅體；

S5：所述Li₂SiO₃/GE前驅體于500℃～600℃氬氣氛圍中燒結3h～4h，得到偏硅酸鋰摻雜石墨烯(Li₂SiO₃/GE)鋰離子電池負極材料。

在本發明一個實施例中，乙醇水溶液中無水乙醇和水的體積比為：V_無水乙醇:V_水＝3:1。

優選地，步驟S1中，所述硅粉和氧化石墨混合物中氧化石墨的質量百分比含量為33％。

優選地，步驟S2中，制得的反應混合物中硅粉的濃度為7.5g/L。

優選地，步驟S3中，水熱反應的溫度為180℃，反應時間為18h。

優選地，步驟S4中，在烘箱中干燥溫度為60℃。