[發明專利]一種基于石墨烯改性的鋰離子電池電極材料的制備工藝

在審

• 申請號: 201811229277.6
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109301226A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 泉州齊美電子科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525;H01M4/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于石墨烯改性的鋰離子電池電極材料的制備工藝，具體制備過程如下：制備氧化石墨烯；制備硅烷化氧化石墨烯；將制備的硅烷化氧化石墨烯加入水中，升溫至40℃超聲分散30min后，保持溫度不變，向其中加入濃度為200mg/L的硝酸銀溶液，然后超聲震蕩4h，過濾洗滌，得到銀基氧化石墨烯；將制備的銀基氧化石墨烯加入水中升溫至50℃水解30min，然后進行過濾，過濾后得到的產物加入丙酮中，同時向其中加入三苯基磷，升溫至60℃反應3h，得到表面改性銀基氧化石墨烯。本發明制備的鋰離子電池負極材料不僅能滿足比容量的要求，比容量達到1123mAh/g，同時能夠經過長期的重復循環使用，在循環使用36?45次時，比容量變化不大，保持在680mAh/g。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，涉及一種基于石墨烯改性的鋰離子電池電極材料的制備工藝。

背景技術

隨著便攜式消費電子(手機，攝像機，便攜式計算機)的發展，電池領域受到了新的沖擊，急需高能量密度的電池來滿足市場的需求。然而鉛酸電池并不適合這些應用，人們把關注轉而投向了鎘鎳電池，但最終在20世紀90年代初被鋰離子電池所超越，

鋰離子電池使用過程中其比容量影響電池的性能，同時電池的循環次數決定了電池的使用壽命，現有的鋰離子電池負極材料通常使用石墨烯材料，但是石墨烯在使用過程中，由于在充放電循環過程中，鋰離子的嵌入和脫出會使碳結構發生膨脹與收縮，產生的機械應力會使石墨烯材料逐漸粉化，造成鋰離子不可逆損失，結構坍塌，最終從集流體上脫落導致循環性能迅速衰減，同時石墨烯材料的比容量也很難滿足需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于石墨烯改性的鋰離子電池電極材料的制備工藝，該電極材料不僅能滿足比容量的要求，比容量達到1123mAh/g，同時能夠經過長期的重復循環使用，在循環使用36-45次時，比容量變化不大，保持在680mAh/g。

本發明制備的電極材料通過在氧化石墨烯的表面接枝硅氧烷支鏈，同時在支鏈上吸附銀離子，并且氧化石墨烯表面相鄰的兩個-SiOH硅醇基之間在催化劑三苯基磷的作用下發生硅醇縮合反應，形成-Si-O-Si-架橋結構，使得氧化石墨烯表面與-Si-O-Si-鍵之間形成孔道結構，使得氧化石墨烯表面形成一層多孔道結構，在作為電極材料時，鋰離子不僅能夠吸附在石墨烯邊緣，存儲在石墨烯表面空隙中，同時能夠填充在表面形成的孔道中，鋰與硅化合生成無定型態的Li_xSi，進而增加了鋰離子的容量，提高了比容量，并且在還原后的石墨烯表面通過沉積法復合一層二氧化鈦，進一步提高電極的比容量，解決了現有鋰離子電池負極材料比容量較低不能滿足要求的問題。

本發明通過在石墨烯表面的一層多孔道結構上吸附銀離子，通過銀離子的支撐作用，使得相鄰硅氧鍵之間形成的孔道結構牢固，其中硅在與鋰多次反應后仍能保持結構不變，提高其循環次數，并且由于銀的高導電性能，進而能夠提高負極材料的導電能力，同時二氧化鈦均勻復合在石墨烯的表面，通過二氧化鈦填充在石墨烯片層空隙中，縮小的石墨烯片層空隙，但是通過二氧化鈦的支撐固定作用，可以有效的實現石墨烯在與鋰離子作用充電放電過程中造成石墨烯空隙的坍塌，影響電極材料的循環，解決了現有鋰離子電池在充放電循環過程中，鋰離子的嵌入和脫出會使碳結構發生膨脹與收縮，產生的機械應力會使石墨烯材料逐漸粉化，造成鋰離子不可逆損失，結構坍塌，最終從集流體上脫落導致循環性能迅速衰減的問題。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種基于石墨烯改性的鋰離子電池電極材料的制備工藝，具體制備過程如下：

第一步，利用傳統方法制備氧化石墨烯：將一定量的石墨粉加入濃硫酸溶液中，同時向其中加入硝酸鈉，然后在冰水浴中反應10-15min，然后向其中加入高錳酸鉀，攪拌反應5-10min后升溫至50℃反應5-6h，冷卻至室溫，然后緩慢滴加雙氧水，直到溶液的顏色變為深黃色為止，然后離心干燥，得到氧化石墨烯；