[發明專利]電剝離石墨烯硅碳復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210073572.7
• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號: CN114497493A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 韓建濤;張澤宇;方淳
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 武漢大楚知識產權代理事務所(普通合伙) 42257
• 代理人: 高源

本發明涉及一種電剝離石墨烯硅碳復合材料，包括如下步驟：將電剝離石墨烯、硅基材料、糖類材料按照一定比例混合后球磨；將球磨后的產物進行噴霧干燥造粒；將噴霧干燥后的產物在惰性氛圍下高溫煅燒，得到最終產品。一種電剝離石墨烯硅碳復合材料，由上述的制備方法所制得。一種上述的電剝離石墨烯硅碳復合材料在鋰離子電池中的應用。本發明的有益效果為：本發明通過使用電剝離石墨烯與硅基材料、糖類材料復合，合成了優良的循環性能的電剝離石墨烯硅碳復合材料，即讓電剝離石墨烯硅碳復合材料中具有電剝離石墨烯，且電剝離石墨烯的含量可達20％，具備優良的電化學儲能性能，所采用的方法效率高，生產工藝簡單易操控，易于大規模生產。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，具體涉及一種電剝離石墨烯硅碳復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著電子設備和電動汽車的普及，人們對鋰離子電池的能量密度需求越來越高，這亟需科學家們探索具有高的能量/功率容量的新型負極材料來代替目前主流的石墨負極。

硅(Si)被認為是石墨負極最有前途的高容量負極代替品之一，原因主要有：

1)硅具有4200mAhg^～1的重量容量(鋰化為Li_4.4Si)；

2)鋰離子嵌入/脫嵌電位低(低于0.5VvsLi/Li⁺)，不易析出鋰枝晶；

3)硅在地殼中含量第二，含量豐富，環境友好且無毒，化學性質穩定；

然而，硅在鋰化過程中會發生巨大的體積膨脹，膨脹超過其原始尺寸的300％，體積變化會在鋰化/脫鋰過程中導致膨脹/收縮應力，巨大的體積變化將主要導致三個問題：

1)顆粒粉碎；

2)電子～離子傳輸途徑的破壞；

3)固態電解質界面(SEI)的不穩定；

除此之外，硅在鋰中的擴散系數(10^～14～10^～13cm²s^～1)和本征導電率(10^～5～10^～3Scm^～1)較低，所有這些因素限制了硅負極的循環壽命和倍率性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種電剝離石墨烯硅碳復合材料及其制備方法和應用，以克服上述現有技術中的不足。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種電剝離石墨烯硅碳復合材料，包括如下步驟：

S100、將電剝離石墨烯、硅基材料、糖類材料按照一定比例混合后球磨；

S200、將球磨后的產物進行噴霧干燥造粒；

S300、將噴霧干燥后的產物在惰性氛圍下高溫煅燒，得到最終產品。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，電剝離石墨烯:硅基材料：糖類材料的質量比為1:0.2～2:0.5。

進一步，硅基材料包括硅或氧化亞硅；

糖類材料包括蔗糖、淀粉、葡萄糖或麥芽糖。

進一步，球磨的時間為2h～10h。

進一步，噴霧干燥的溫度為110～150℃。

進一步，高溫煅燒的溫度為900～1300℃。

進一步，電剝離石墨烯的制備方法為：