[發明專利]一種新型硅烯負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810379404.4
• 申請日: 2018-04-25
• 公開（公告）號: CN108565450A
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 王智勝;周鵬偉;趙東輝
• 申請（專利權）人: 福建翔豐華新能源材料有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/583
• 代理公司: 廈門市新華專利商標代理有限公司 35203
• 代理人: 吳成開;徐勛夫

本發明公開一種新型硅烯負極材料的制備方法，包括有以下步驟：（1）納米硅顆粒表明活化：將0.5?1.5g納米硅粉加入0.5?1.5L無水乙醇中分散；再將8?12ml表面活性劑3?氨丙基三乙氧基硅烷加入硅粉分散系中，超聲15?25h；然后再用無水乙醇抽濾清洗2?4遍，獲得硅漿；（2）納米硅粉和石墨烯混合工藝。本發明方法中納米片層結構作為循環期間體積膨脹的緩沖，此外，原位制備的尺寸小于100nm的Si納米結構均勻地分散在石墨烯片層結構里，有效緩解體積膨脹應力。引入的獨特的片狀結構允許更快的鋰離子和電子擴散，這反過來意味著優異的電化學性能，特別是更好的循環穩定性和改進的倍率性能。

技術領域

本發明涉及負極材料領域技術，尤其是指一種新型硅烯負極材料的制備方法。

背景技術

硅是目前最有望代替現有碳基材料的鋰離子電池的負極材料之一。硅比其他材料理論容量高，儲量豐富，是廣泛研究的熱點之一。硅基鋰離子負極材料的優點如下：（1）高能量密度：理論質量比容量和體積比容量高。（2）安全性高：電壓平臺高于石墨，在充放電過程中不易在電極表面形成鋰支晶，作為鋰電池負極材料也就更安全。（3）儲量豐富，原材料成本低廉。然而，硅基鋰離子負極材料的也存在以下缺點：（1）形成嵌鋰相后體積膨脹大，體積膨脹約為300%。（2）容量衰退快，由于體積變化大，導致粉化、脫落和電接觸下降等。（3）導電性差，本征導電率僅為6.7×10^-4S?cm^-1。

發明內容

有鑒于此，本發明針對現有技術存在之缺失，其主要目的是提供一種新型硅烯負極材料的制備方法，其能有效解決現有之硅基鋰離子負極材料存在體積膨脹大、容量衰退快、導電性差的問題。

為實現上述目的，本發明采用如下之技術方案：

一種新型硅烯負極材料的制備方法，包括有以下步驟：

（1）納米硅顆粒表明活化：將0.5-1.5g納米硅粉加入0.5-1.5L無水乙醇中分散；再將8-12ml表面活性劑3-氨丙基三乙氧基硅烷加入硅粉分散系中，超聲15-25h；然后再用無水乙醇抽濾清洗2-4遍，獲得硅漿；

（2）納米硅粉和石墨烯混合工藝：將上述表面活化的硅漿加入0.5-1.5L無水乙醇中，并加入石墨烯粉末，超聲15-25h；然后50-70℃鼓風干燥，得到前驅體；再將前驅體放入管式爐，在氬氣氛圍，550-650℃的條件下煅燒1-3h，升溫速度為2-5℃/min。

作為一種優選方案，包括有以下步驟：

（1）納米硅顆粒表明活化：將1g納米硅粉加入1L無水乙醇中分散；再將10ml表面活性劑3-氨丙基三乙氧基硅烷加入硅粉分散系中，超聲20h；然后再用無水乙醇抽濾清洗3遍，獲得硅漿；

（2）納米硅粉和石墨烯混合工藝：將上述表面活化的硅漿加入1L無水乙醇中，并加入石墨烯粉末，超聲20h；然后60℃鼓風干燥，得到前驅體；再將前驅體放入管式爐，在氬氣氛圍，600℃的條件下煅燒2h，升溫速度為3℃/min。

本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果，具體而言，由上述技術方案可知：

本發明方法中納米片層結構作為循環期間體積膨脹的緩沖，此外，原位制備的尺寸小于100nm的Si納米結構均勻地分散在石墨烯片層結構里，有效緩解體積膨脹應力。引入的獨特的片狀結構允許更快的鋰離子和電子擴散，這反過來意味著優異的電化學性能，特別是更好的循環穩定性和改進的倍率性能。

附圖說明

圖1是本發明中得到硅稀的掃描電鏡圖；

圖2是本發明中電壓為0.01～1.5 V，0.01C（1C＝1000 mA/g）條件下充放電性能圖。

具體實施方式