本發(fā)明涉及鋰離子電池負(fù)極材料的制備，具體涉及一種石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池以其高能量密度、高工作電壓、低自放電率、體積小、重量輕以及長(zhǎng)循環(huán)壽命等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)汽車中。然而，傳統(tǒng)的硅負(fù)極材料在鋰的嵌入和脫嵌過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的體積膨脹和收縮，導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)的破壞和電極循環(huán)性能的衰退，限制了其商業(yè)化應(yīng)用。為了改善硅基負(fù)極材料的循環(huán)性能，目前主要通過(guò)硅顆粒納米化、硅與其它金屬合金化以及硅與惰性或活性基質(zhì)復(fù)合等途徑進(jìn)行改進(jìn)。其中，硅/碳復(fù)合負(fù)極材料因其良好的循環(huán)性能和電子導(dǎo)電性而備受關(guān)注。石墨烯作為一種二維碳納米材料，具有優(yōu)異的電學(xué)和力學(xué)性能，以及高的理論比表面積，在鋰離子電池領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中硅基負(fù)極材料的電子導(dǎo)電性不足的問(wèn)題。

2、本發(fā)明還提供了一種石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料，以解決現(xiàn)有技術(shù)中硅基負(fù)極材料的電子導(dǎo)電性不足的問(wèn)題。

3、本發(fā)明還提供了一種石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料的應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中硅基負(fù)極材料應(yīng)用在鋰離子電池中循環(huán)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能差的問(wèn)題。

4、為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法，所采用的技術(shù)方案是：

5、一種石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：將納米硅分散液、瀝青分散液、三嵌段共聚物pluronic?f127和氧化鋯珠進(jìn)行微波輔助砂磨混合，得到瀝青硅顆粒的混合液；

6、將磺化石墨烯分散液加入瀝青硅顆粒的混合液進(jìn)行微波輔助砂磨分散，得到磺化石墨烯包覆瀝青硅顆粒的漿料；

7、將磺化石墨烯包覆瀝青硅顆粒的漿料干燥后進(jìn)行煅燒，得到石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料。

8、本發(fā)明的有益效果是：

9、本發(fā)明利用微波輔助砂磨技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了瀝青硅顆粒的混合液中瀝青硅顆粒與磺化石墨烯分散液中磺化石墨烯的均勻混合和分散，提高了復(fù)合材料的均勻性和穩(wěn)定性；同時(shí)，通過(guò)將磺化石墨烯包覆瀝青硅顆粒的漿料干燥后進(jìn)行煅燒，使得磺化石墨烯還原為硫摻雜石墨烯，有效提高了復(fù)合材料的電子導(dǎo)電性和循環(huán)穩(wěn)定性。本申請(qǐng)的制備方法制備的石墨烯的包覆有效緩沖了硅基負(fù)極材料在嵌脫鋰過(guò)程中產(chǎn)生的體積效應(yīng)，延長(zhǎng)了材料的循環(huán)壽命。本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單易行，實(shí)用化程度高，制備的復(fù)合材料具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、可逆容量大和容量可設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。

10、為了進(jìn)一步提高石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料的電子導(dǎo)電性，優(yōu)選地，所述納米硅分散液中納米硅的質(zhì)量與瀝青分散液中的瀝青的質(zhì)量比為1：（5~10）。

11、為了更進(jìn)一步提高石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料的電子導(dǎo)電性，并促進(jìn)微波輔助砂磨，優(yōu)選地，所述納米硅分散液中納米硅的質(zhì)量與三嵌段共聚物pluronic?f127的質(zhì)量比為10:（1~3）；所述納米硅分散液中納米硅的質(zhì)量與氧化鋯珠的質(zhì)量比為1:（20~40），所述氧化鋯珠的直徑為5~20?mm。

12、為了進(jìn)一步提高復(fù)合材料的均勻性和穩(wěn)定性，優(yōu)選地，所述瀝青硅顆粒的混合液中納米硅的質(zhì)量與磺化石墨烯分散液中磺化石墨烯的質(zhì)量比為1：(0.02~0.05），所述磺化石墨烯分散液的質(zhì)量濃度范圍為1~5?mg/ml。

13、為了使得磺化石墨烯充分還原為硫摻雜石墨烯，進(jìn)一步提高復(fù)合材料的電子導(dǎo)電性和循環(huán)穩(wěn)定性，優(yōu)選地，所述煅燒的溫度為600~1000?℃，時(shí)間為60~300?min。

14、為了使得材料均勻混合和分散，更進(jìn)一步提高復(fù)合材料的電子導(dǎo)電性和循環(huán)穩(wěn)定性，優(yōu)選地，所述微波輔助砂磨混合中微波功率為500~2500?mhz，砂磨轉(zhuǎn)速為800~2000rpm/min，砂磨時(shí)間為6~24?h。

15、為了得到充分分散的納米硅分散液，優(yōu)選地，所述納米硅分散液的制備方法以下步驟：

16、將納米硅粉分散到有機(jī)溶劑中，獲得納米硅分散液；其中，納米硅粉和有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為1:（30~60）。

17、優(yōu)選地，有機(jī)溶劑為異丙醇。

18、為了得到充分分散的瀝青分散液，優(yōu)選地，所述瀝青分散液的制備方法以下步驟：

19、將瀝青分散到有機(jī)溶劑中，獲得瀝青分散液；其中，瀝青和有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為(1~2):（10~20）。

20、優(yōu)選地，有機(jī)溶劑為異丙醇。

21、優(yōu)選地，干燥的溫度為60~70℃，時(shí)間為24~36h。

22、優(yōu)選地，微波輔助砂磨分散中微波功率為500~2500?mhz，砂磨轉(zhuǎn)速為800~2000rpm/min，砂磨時(shí)間為1~4?h。

23、本發(fā)明還提出了一種石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料，所采用的技術(shù)方案是：

24、一種石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料，其由上述的石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法制備得到。

25、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料，其具有優(yōu)異的電子導(dǎo)電性和循環(huán)穩(wěn)定性。

26、本發(fā)明還提出了一種如上述的石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法制備得到石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料或上述的石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料在鋰離子電池負(fù)極中的應(yīng)用。

27、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料應(yīng)用在鋰離子電池負(fù)極中，有效緩沖了硅基負(fù)極材料在嵌脫鋰過(guò)程中產(chǎn)生的體積效應(yīng)，延長(zhǎng)了硅基負(fù)極材料的循環(huán)壽命，提高了硅基負(fù)極材料的電化學(xué)性能。

技術(shù)特征：

1.一種石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述納米硅分散液中納米硅的質(zhì)量與瀝青分散液中瀝青的質(zhì)量比為1：（5~10）。

3.?根據(jù)權(quán)利要求2所述的石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述納米硅分散液中納米硅的質(zhì)量與三嵌段共聚物pluronic?f127的質(zhì)量比為10:（1~3）；所述納米硅分散液中納米硅的質(zhì)量與氧化鋯珠的質(zhì)量比為1:（20~40），所述氧化鋯珠的直徑為5~20?mm。

4.?根據(jù)權(quán)利要求3所述的石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述瀝青硅顆粒的混合液中納米硅的質(zhì)量與磺化石墨烯分散液中磺化石墨烯的質(zhì)量比為1：(0.02~0.05），所述磺化石墨烯分散液的質(zhì)量濃度范圍為1~5?mg/ml。

5.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述煅燒的溫度為600~1000?℃，時(shí)間為60~300?min。

6.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述微波輔助砂磨混合中微波功率為500~2500?mhz，砂磨轉(zhuǎn)速為800~2000?rpm/min，砂磨時(shí)間為6~24?h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述納米硅分散液的制備方法以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述瀝青分散液的制備方法以下步驟：

9.一種石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料，其特征在于，其由權(quán)利要求1～8中任一所述的石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法制備得到。

10.一種如權(quán)利要求1～8中任一所述的石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法制備得到石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料或如權(quán)利要求9所述的石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料在鋰離子電池負(fù)極中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及鋰離子電池負(fù)極材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用。該石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：將納米硅分散液、瀝青分散液、三嵌段共聚物Pluronic?F127和氧化鋯珠進(jìn)行微波輔助砂磨混合，得到瀝青硅顆粒的混合液；將磺化石墨烯分散液加入瀝青硅顆粒的混合液進(jìn)行微波輔助砂磨分散，得到磺化石墨烯包覆瀝青硅顆粒的漿料；將磺化石墨烯包覆瀝青硅顆粒的漿料干燥后進(jìn)行熱處理，得到石墨烯包覆硅碳復(fù)合材料。本申請(qǐng)的制備方法制備的石墨烯的包覆有效緩沖了硅基負(fù)極材料在嵌脫鋰過(guò)程中產(chǎn)生的體積效應(yīng)，從而提高材料的電化學(xué)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：陳鵬,江浩慶,張孟良,常中華,金振興,姚成,鄭雅允,趙賀鵬,黃河,楊楓
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河南省科學(xué)院激光制造研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15