[發明專利]制造硅-碳-石墨烯合成物的方法

有效

• 申請號: 201710513201.5
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN108417782B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 張喜棟;蔣韓權;吉大燮;崔志赫;金宣冏
• 申請（專利權）人: 韓國地質資源研究院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 張英;宮傳芝

本發明公開了制造硅?碳?石墨烯合成物的方法、通過該制造方法制造的合成物及應用該合成物的蓄電池，一實施例提供一種制造硅?碳?石墨烯合成物的方法，其特征在于包括：步驟1：通過在硅中添加碳前驅體溶液并進行濕式粉碎制造懸浮液的步驟)；步驟2：通過對所述懸浮液進行噴霧干燥，形成硅?碳合成物的步驟；步驟3：通過將所述硅?碳合成物及石墨烯氧化物的混合溶液進行噴霧干燥并進行熱處理的步驟。

技術領域

本發明涉及制造硅-碳-石墨烯合成物的方法，基于該制造方法制造的合成物及應用該合成物的蓄電池，更具體而言，涉及一種預處理廢硅沉淀物，將其與添加劑一起混合后進行噴霧干燥及熱處理并制造出硅-碳-石墨烯合成物的方法，基于該制造方法制造的合成物及應用該合成物的蓄電池。

背景技術

在切割用于制造半導體及用于太陽能電池的硅片的硅錠的工藝中，產生包括大量的硅粒子的沉淀物，其中大部分作為廢棄物而被處理。但是，從廢硅沉淀物分離且回收的硅，為了高附加值地再利用，如果作為鋰離子蓄電池陰極材料應用，則在經濟及環境方面可取得更大的效果。鋰離子蓄電池基于其高輸出和高能量特性可作為可攜帶電子設備、混合驅動汽車等的主用能源供應源，在能源產業領域受到矚目。目前作為鋰離子蓄電池陰極材料使用的碳系列陰極材料雖然能夠在短時間內庫侖效率能夠達到99.9％，但是，電容量具有極限。作為用于克服該極限的著名的陰極材料，硅系列陰極材料十分受歡迎，相比于碳系列陰極材料，其電容量大約可表現為10倍以上。但是，硅由于鋰離子蓄電池的充放電時發生的大體積變化，導致電極發生龜裂，由于鋰離子和電解液的分解反應，硅表面形成連續的不穩定的固體電解質界面(Solid Electrolyte Interface，SEI)，隨著充放電周期的進行，存在電容量減少的問題。為了解決該問題，研究人員正在進行如何合成硅和碳系列物質的研究。

劉等(Liu et al.，2012)公開了利用中空核殼(yolk-shell)設計，在硅粒子上涂布碳以改善問題的研究。在碳前驅體中使用聚多巴胺(polydopamine)，經過碳化過程并制造，在硅表面上涂布硅氧化物后并去除，從而生成空隙(void)。但是，通過涂布碳很難容忍充放電時產生的硅大體積變化，而且出現了由于去除硅氧化物時使用有害物質引起環境污染的問題。

劉等(Liu et al.，2015)利用凍結干燥法和水相還原法，通過在微米級尺寸的硅粒子上復合石墨烯，并制造，鋰離子蓄電池特性評價結果顯示750mAh/g的低容量值。經分析可知，具有1至10微米級尺寸的硅粒子在充放電時發生的大體積變化，從而導致電極的龜裂，因此即使存在有石墨烯，也發生電極的龜裂。

因此，有必要開發一種復合硅和碳系列物質并進行充放電時能夠充分地忍受硅的大體積變化且可提高充放電特性的電極材料。

【先行技術文獻】

【非專利文獻】

(非專利文獻1)Liu，N.，Wu，H.，McDowell，M.T.，Yao，Y.，Wang，C.and Cui，Y.(2012)，用于穩定且可伸縮的鋰離子電池的陽極的中空核殼設計(AYolk-Shell Designfor Stabilized and Scalable Li-Ion Battery Alloy Anodes)，納米快報(NanoLetters)，6，3315-3321。(2012年12月公開)

(非專利文獻2)Liu，X.，Chao，D.，Zhang，Q.，Liu，H.，Hu，H.，Zhao，J.，Li，Y.，Huang，Y.，Lin，J.，and Shen，A.X.(2015)，在保護微米級硅電極衰減中親鋰性巨型氮摻雜石墨烯的作用(The roles of lithium-philic giant nitrogen-doped graphene inprotecting micron-sized silicon anode from fading)，科學報告(ScientificReports)，5，15665。(2015年10月公開)

發明內容