[發(fā)明專利]一種Si/SiOx/rGO負極復合材料的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201711229751.0
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN108172778A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)明（設計）人: 劉會;王輝;郭桂略
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 楊霞;翟攀攀

本發(fā)明公開了一種Si/SiO_x/rGO負極復合材料的制備方法，涉及鋰離子電池負極硅基復合材料技術領域，包括以下步驟：GO制備、Si/SiO_x制備、羥基化Si/SiO_x制備、Si/SiO_x/rGO制備。本發(fā)明將石墨烯和硅納米顆粒進行復合制得Si/SiOx/rGO負極復合材料，結合了石墨烯的高導電性和高比表面積與硅的高能量密度的優(yōu)點，且改善了硅納米顆粒的分散性，緩解硅納米顆粒在電池充放電時嚴重的體積變化，提高納米硅與氧化石墨的結合牢度，制得的復合材料具有良好的導電性能和循環(huán)性能，為鋰離子電池負極材料發(fā)展提供新的方向同時拓寬鋰離子電池在新能源新材料領域的發(fā)展，整個制備工藝簡單易操作。

技術領域

本發(fā)明涉及鋰離子電池負極硅基復合材料技術領域，尤其涉及一種Si/SiO_x/rGO負極復合材料的制備方法。

背景技術

進入21世紀，隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，人們對于能源的需求不斷增加。其中化學電源替代傳統(tǒng)的化石能源能夠有效地緩解能源危機及環(huán)境污染問題。由于鋰離子電池具有能量密度高、開路電壓高、循環(huán)壽命長、自放電率小、無記憶效應和綠色環(huán)保等突出優(yōu)勢，被廣泛應用于便攜式電子市場、電動汽車、航天等領域。但是目前的鋰離子電池技術不能滿足持續(xù)增長的能量密度需求，且有倍率性能差、充放電速度慢等缺點，導致了電動汽車的行駛路程短、充電時間長、啟動速度慢等缺陷。因此，研發(fā)高比容量和高比能量的鋰離子電池材料是當前科研工作者亟需解決的問題之一。負極材料的能量密度是影響鋰離子電池能量密度的主要因素之一，負極材料在鋰離子電池化學體系中起著至關重要的作用。目前應用最廣的為石墨負極材料，理論容量為372mAh/g，而已經(jīng)商業(yè)化的高端石墨材料的實測容量達到365mAh/g，所以需要開發(fā)新的高能量密度的負極材料來推動鋰離子電池的發(fā)展。

半導體硅是目前眾多的負極材料中能量密度最高的，可達4200mAh/g，能夠與金屬鋰形成多種合金化合物，成為最具吸引力的新一代鋰離子電池負極材料。但是硅負極在電池充放電儲鋰過程中會發(fā)生劇烈的體積膨脹，可高達300％，導致電極的粉碎，進而導致電池的壽命和循環(huán)穩(wěn)定性變差，限制了硅材料的進一步擴大應用，需要對其進行改性。其中一種常用的改性方法便是硅與碳類材料的復合。作為一種新興的二維碳納米材料，石墨烯具有很多優(yōu)異的性能，純石墨烯理論比容量為744mAh/g，是石墨理論比容量(372mAh/g)的2倍，常溫下其電子遷移率超過15000cm²/(V·s)而電阻率只約為10^-6Ω·cm。但是由于石墨烯的片層結構非常容易堆疊，導致石墨烯失去原本的結構優(yōu)勢，所以它用作電池的負極時，電化學性能比較差，同時由于納米硅在溶液中的分散性比較差并且與氧化石墨烯(GO)的界面結合力也很弱，容易導致硅納米顆粒不能完整的被石墨烯所包覆。

現(xiàn)有技術中常采用靜電自組裝的方法將還原氧化石墨烯與硅納米顆粒結合起來，對納米硅進行表面改性處理，但該方法仍不能使納米硅完整的被石墨烯所包覆，阻礙了硅基負極材料的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

基于背景技術存在的技術問題，本發(fā)明提出了一種Si/SiO_x/rGO負極復合材料的制備方法，制備的負極復合材料結合了石墨烯的高導電性和高比表面積與硅的高能量密度的優(yōu)點，具有良好的導電性能和循環(huán)性能。

本發(fā)明提出的一種Si/SiO_x/rGO負極復合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、GO制備：制備氧化石墨烯GO；

S2、Si/SiO_x制備：將球狀納米硅在氧化性氣流中加熱，獲得氧化亞硅包裹納米硅顆粒的Si/SiO_x材料，其中0<x<2；