[發明專利]一種石墨烯改性硅碳材料、制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201911328491.1
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN111063890A
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 白巖;游志江;關玉明
• 申請（專利權）人: 北方奧鈦納米技術有限公司;銀隆新能源股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/38;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 天津三元專利商標代理有限責任公司 12203
• 代理人: 劉心宇

一種石墨烯改性硅碳材料、制備方法及其應用，所述制備方法，包括如下步驟：步驟1：將硅源和氧化石墨烯加入到含碳源溶液中，充分混合，得到前驅體懸濁液；步驟2：將所述前驅體懸濁液進行噴霧干燥，得到微米級前驅體顆粒；步驟3：將所述微米級前驅體顆粒進行碳化、還原，得到石墨烯改性硅碳材料。本發明利用噴霧干燥的方法制備微米級硅碳復合材料，利用導電性優異的石墨烯材料與硅、碳進行復合，獲得了高倍率的硅碳復合材料。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，尤其涉及一種石墨烯改性硅碳材料、制備方法及其應用。

背景技術

硅碳復合材料的組合和結構對其電化學性能有較大影響，硅碳復合材料結構的合理設計和產業化制備是確保硅基復合材料應用的關鍵，另外，倍率性能也是電極材料另一個重要標準，在快充需求日益增長的今天，優異的倍率性能會提升電池的安全性能和快充性能。倍率性能和電極材料結構有關，鋰離子電池的實際應用對電極材料的振實密度有較高的要求。納米材料比較低的振實會影響電池的能量密度，提高材料振實密度對電池性能有重要意義。

噴霧干燥方法是工業上常用的造粒方法，可以通過調控制備工藝合成形貌和尺寸均一的顆粒，產量也滿足工業化需求。本發明利用噴霧干燥的方法制備微米級硅碳復合材料，利用導電性優異的石墨烯材料與硅進行復合，獲得了高倍率的硅碳復合材料。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種石墨烯改性硅碳材料、制備方法及其應用，以解決現有硅/石墨烯復合材料循環性能差的技術問題。

為實現上述目的，作為本發明的一個方面，提供一種石墨烯改性硅碳材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：將硅源和氧化石墨烯加入到含碳源溶液中，充分混合，得到前驅體懸濁液；

步驟2：將所述前驅體懸濁液進行噴霧干燥，得到微米級前驅體顆粒；

步驟3：將所述微米級前驅體顆粒進行碳化、還原，得到石墨烯改性硅碳材料。

作為優選，所述步驟1中，所述硅源、氧化石墨烯和碳源的質量比為(10-15)：(3-5)：(15-20)。

作為優選，所述步驟1中，所述前驅體懸濁液中氧化石墨烯的濃度為3mg/ml-6mg/ml。

作為優選，所述步驟1中，所述碳源包括蔗糖、檸檬酸、葡萄糖中的一種或多種；

作為優選，所述步驟1中，所述硅源為納米硅或者納米一氧化硅。

作為優選，所述步驟2中，所述噴霧干燥采用二流體噴霧干燥法，入口溫度為180℃，出口溫度為90℃，漿料壓力為0.3mPa，壓縮空氣壓力為0.2mpa-0.5mpa。

作為優選，所述步驟3中，所述碳化、還原包括階梯升溫至碳化溫度，碳化6小時-9小時；在還原溫度下，利用還原氣還原6小時-10小時。

作為優選，所述步驟3中，所述階梯升溫速率為5℃/min；所述碳化溫度為800℃；

作為優選，所述步驟3中，所述還原溫度為900℃。

作為優選，所述步驟3中，所述還原氣包括氫氣與惰性氣體的混合，其中氫氣的體積分數為10％-18％；

作為優選，所述惰性氣體包括氙氣或者氬氣。

作為本發明的另一個方面，還提供一種石墨烯改性硅碳材料，采用如上述的石墨烯改性硅碳材料的制備方法制備得到。

作為本發明的再一個方面，還提供一種如上述的石墨烯改性硅碳材料在硅碳電池中的應用。

本發明的石墨烯改性硅碳材料、制備方法及其應用具有以下優點：