[發(fā)明專利]一種聚合物包覆硅/硫摻雜石墨烯負(fù)極材料及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910118008.0
• 申請(qǐng)日: 2019-02-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111584831B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田軍;李國(guó)敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江西格林德能源有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/60;H01M10/0525
• 代理公司: 北京慕達(dá)星云知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

本發(fā)明公開(kāi)了一種聚合物包覆硅/硫摻雜石墨烯負(fù)極材料及制備方法，所述負(fù)極材料由硅材料、硫摻雜石墨烯以及包覆在硅材料外的聚合物包覆層組成，其制備方法包括S1：硅納米顆粒和硫摻雜石墨烯球磨得到硅/硫摻雜石墨烯復(fù)合材料；S2：將此復(fù)合材料分散至去離子水中，加入吡咯單體和多巴胺單體，冷卻，加入六水氯化鐵反應(yīng)；S3：沉淀、清洗、干燥，研磨即可。該材料內(nèi)核硅納米顆粒具有儲(chǔ)鋰活性，硅納米顆粒吸附在硫摻雜石墨烯硫（?S）及缺陷位置，可提高循環(huán)穩(wěn)定性，形成Si?S具有協(xié)調(diào)效應(yīng)，加速電子轉(zhuǎn)移，提高倍率性能；聚合物包覆層提高硅基材料的導(dǎo)電性并緩沖其體積膨脹；同時(shí)，該制備方法操作簡(jiǎn)單，工藝簡(jiǎn)便環(huán)保，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池負(fù)極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種聚合物包覆硅/硫摻雜石墨烯負(fù)極材料及制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池是一種綠色高能環(huán)保電池，因其具有能量密度高、環(huán)境友好、無(wú)記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電小等突出優(yōu)點(diǎn)，在手機(jī)電池、移動(dòng)電源及電動(dòng)汽車等應(yīng)用上受到廣泛的關(guān)注。當(dāng)鋰離子電池作為動(dòng)力電池廣泛應(yīng)用于新能源汽車，由于鋰離子電池的安全性能、能量密度、大倍率性能和循環(huán)壽命還需要進(jìn)一步提高，目前還沒(méi)有一種材料能夠完全滿足汽車動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)鋰離子電池提出的要求。

為了開(kāi)發(fā)出適應(yīng)于新能源汽車的鋰離子電池，現(xiàn)階段研發(fā)者們主要聚焦于正負(fù)極材料。其中，目前負(fù)極材料主要以石墨為主，但是其比容量和脫鋰電位較低，其較低的脫鋰電位（僅為0 .05 V）會(huì)造成安全問(wèn)題，限制了石墨在大容量電池中的應(yīng)用。硅的出現(xiàn)給予了新能源汽車很大的希望，其具有最高的理論比容量（4200 mAh·g-1）和適中的脫鋰電位（0.5 V vs Li+/Li）和儲(chǔ)量豐富27 .6%等特點(diǎn)，受到研究者們極大的重視。但是，硅的導(dǎo)電性差，并且在達(dá)到最高比容量時(shí)，其體積膨脹高達(dá)300%以上，嚴(yán)重影響鋰離子電池的循環(huán)性能，最終導(dǎo)致電化學(xué)性能的惡，限制其商業(yè)化應(yīng)用。

因此，現(xiàn)有的技術(shù)還有待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種聚合物包覆硅/硫摻雜石墨烯負(fù)極材料及制備方法，旨在提高硅基材料的導(dǎo)電性，緩沖硅基材料的體積膨脹，提高鋰離子電池的循環(huán)性能和倍率性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種聚合物包覆硅/硫摻雜石墨烯負(fù)極材料，由50wt%~80wt%硅材料、10wt%~20wt%石墨烯以及10 wt%~30%包覆在硅材料外的聚合物包覆層組成。

所述的硅材料為硅納米顆粒，粒徑為20~100nm。

所述的石墨烯為硫摻雜石墨烯。

所述的聚合物為聚吡咯/聚多巴胺復(fù)合物。

一種聚合物包覆硅/硫摻雜石墨烯負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：

S1：制備硅/硫摻雜石墨烯復(fù)合材料：取硅納米顆粒和硫摻雜石墨烯，進(jìn)行球磨，得到硅/硫摻雜石墨烯復(fù)合材料；

S2：制備聚合物包覆硅/硫摻雜石墨烯負(fù)極材料：將硅/硫摻雜石墨烯復(fù)合材料分散至去離子水中，磁力攪拌60min，然后加入吡咯單體和多巴胺單體，冷卻至5~10℃，加入六水氯化鐵，反應(yīng)8~12h；

S3：將S2的產(chǎn)物沉淀，用去離子水洗，反復(fù)數(shù)次，干燥，研磨成粉即可。

所述S1中球磨時(shí)間為1~3h。

所述的多巴胺單體占吡咯單體的2%~8%。

所述S2中反應(yīng)溫度為5~10℃，反應(yīng)時(shí)間為8~12h。