[发明专利]有效缓冲硅体积效应的锂离子电池负极材料的制备方法

权利要求书

1.有效缓冲硅体积效应的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

制备改性石墨烯微片；

在石墨烯微片表面生长纳米硅球，得到石墨烯微片-纳米硅球复合材料；

通过原子层沉积技术在石墨烯微片-纳米硅球表面沉积金属氧化物层；

将表面沉积有金属氧化物层的石墨烯微片-纳米硅球复合材料均匀分散到静电纺丝液中，进行静电纺丝及煅烧处理，得到碳纳米纤维复合材料；

对碳纳米纤维复合材料进行酸处理，去除金属氧化物层形成空隙结构；

在碳纳米纤维复合材料外面形成碳包覆层。

2.根据权利要求1所述有效缓冲硅体积效应的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤制备改性石墨烯微片为首先将膨胀石墨置于容器中，加入100-1000ml的有机溶剂，然后在超声振荡功率为300-1200W，温度为20-150℃条件下振荡1-24h，得到石墨烯微片悬浮液；接着静置20-300min，取上层悬浮液，去除沉淀物，过滤后在60-80℃下烘干得到石墨烯微片；接着将所得石墨烯微片加入到20-100ml的浓硫酸中，保持溶液温度低于4℃，缓慢添加0.5-20g的高锰酸钾，保持溶液温度低于10℃并磁力搅拌60-120min并在磁力搅拌过程中，缓慢添加150ml的去离子水；搅拌结束后添加1-5ml的双氧水，再继续搅拌10-30min；最后过滤烘干得到改性石墨烯微片。

3.根据权利要求2所述有效缓冲硅体积效应的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为NMP、DMF、甲苯、氯苯、三氯乙烯中的至少一种。

4.根据权利要求1所述有效缓冲硅体积效应的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述在石墨烯微片表面生长纳米硅球，是通过化学气相沉积(CVD)方法制备；首先将石墨烯微片放入反应室内，抽真空并对反应腔进行加热，当温度达到反应温度后通入1-500sccm的载气气体，使反应腔室压强保持在0.01Torr-10Torr，然后向反应室通入1-500sccm的反应气体，反应气体在高温下分解反应生成纳米硅球附着在衬底材料石墨烯微片表面，反应结束后，依顺序关闭反应气体、载气气体、及加热装置，得到石墨烯微片-纳米硅球复合材料。

5.根据权利要求4所述有效缓冲硅体积效应的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述在石墨烯微片表面生长纳米硅球的尺寸为1-100nm，反应温度为650℃-1000℃。

6.根据权利要求4所述有效缓冲硅体积效应的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述石墨烯微片表面生长纳米硅球的反应气体为硅烷(SiH₄)、二氯硅烷(SiH₂Cl₂)中的至少一种；载气气体为氮气(N₂)、氩气(Ar)中的至少一种。

7.根据权利要求1所述有效缓冲硅体积效应的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述金属氧化物层为氧化镍、氧化铝、氧化锡、氧化钛等中的至少一种，金属氧化物层厚度为10-60nm。

8.根据权利要求1所述有效缓冲硅体积效应的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述碳纳米纤维复合材料包含有内部被其完全包覆的石墨烯微片、纳米硅球和边缘未完全被包覆的石墨烯微片-纳米硅球复合材料。

9.根据权利要求1所述有效缓冲硅体积效应的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述在碳纳米纤维复合材料外面形成碳包覆层是通过原子层沉积技术(ALD)、化学气相沉积(CVD)、催糖技术中的至少一种方式，在碳纳米纤维复合材料表面形成一层非晶硅碳包覆层。