[发明专利]一种石墨烯包覆多孔硅复合负极材料的制备及应用方法

权利要求书

1.一种石墨烯包覆多孔硅复合负极材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤如下：

(1)以铝硅为原料，按照一定的比例称取，在合适的温度范围内熔炼成均匀的铝硅合金；铝硅原料的质量比范围为1:(1～5)；所熔炼的温度范围为580～1200℃；

(2)将铝硅合金在保护气氛下装入球磨罐中，加入保护液体作为介质，设定一定转速进行球磨；将球磨好的样品移入真空干燥箱内烘干，然后进行研磨；

(3)取刻蚀试剂对得到的小颗粒铝硅合金进行刻蚀处理，之后洗涤干燥得到多孔硅材料；得到的多孔硅材料中硅的质量百分比为20～80％，金属杂质的质量百分比为20～80％；所得到的多孔硅材料中硅的粒径分布为10nm～10μm，比表面积范围为10～200m²/g，孔径分布范围为1～1000nm，孔隙率范围为1～90％；

(4)再按1:1:1～4:1:3的比例称取多孔硅、氧化石墨烯和碳源，加入分散剂充分搅拌获得混合液，把混合液按合适的球料比置于球磨罐中，设置球磨参数；将球磨好的液体在合适的条件下进行喷雾干燥，形成石墨烯包覆多孔硅复合材料前驱体，随后通过高温热解得到石墨烯包覆多孔硅复合材料。

2.根据权利要求1所述的石墨烯包覆多孔硅复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(4)中的机械球磨均为湿法球磨或干法球磨的一种，球料比范围为(1～40):1，球磨时间范围为2～48h，转速范围为300～3000rpm；所述的球磨罐包括不锈钢、玛瑙、陶瓷、尼龙、聚胺脂、聚四氟乙烯、氧化锆或硬质合金球磨罐的一种；步骤(2)所使用的惰性气氛选自氩气、氮气、氦气或混合气的一种，氧气和水含量均小于1ppm；所用的保护液包括无水乙醇、乙二醇、正己烷、异丙醇、丙酮和去离子水的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的石墨烯包覆多孔硅复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)和(3)中所述的干燥温度为80～120℃；所用的干燥时间为6～24h；步骤(3)中所用刻蚀试剂包括稀硫酸、稀硝酸、盐酸、氢氟酸、王水和草酸中的一种或几种；所用刻蚀试剂的浓度为10～60％；所用刻蚀的方法包括搅拌、超声和静置的一种或几种；所用的刻蚀时间5～1200min；洗涤的试剂包括去离子水、酒精的一种或几种；所用的洗涤次数为1～5次。

4.根据权利要求1所述的石墨烯包覆多孔硅复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的碳源为蔗糖、葡萄糖、糊精和酚醛树脂的一种，分散剂为去离子水、无水乙醇、正己烷、聚乙烯、聚丙烯、聚乙二醇和丙酮的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的石墨烯包覆多孔硅复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的喷雾干燥是将液态的物料通过喷枪雾化成小液滴，然后与热空气接触，瞬间干燥获得固态的粉末状材料，所述的喷雾干燥入口温度范围为100～400℃，出口温度范围50～200℃，蠕动速度范围为1～30ml/min；所述的高温热解温度范围为300～2000℃，时间范围为3～9h，升温速率范围为1～10℃/min，保护气氛为氩气、氮气或氦气的一种，所制的石墨烯包覆多孔硅复合材料颗粒尺寸范围1～100μm，形状为球状。

6.一种如权利要求1所述的石墨烯包覆多孔硅复合负极材料的应用方法，其特征在于，按照合适的比例把石墨烯包覆多孔硅复合材料、导电剂和黏结剂均匀混合制得浆料，并将其涂布在载流体上，在真空干燥箱烘干一定时间得到石墨烯包覆多孔硅负极极片；选择合适的正极材料和电解液，并在手套箱中，与正负极壳、隔膜、垫片、弹片组装成电池；组装顺序依为：负极壳(1)、锂片(2)、隔膜(3)、电极材料(4)、电解液(5)、垫片(6)、电池正极壳(7)；电池的制备过程全部在充满高纯惰性气体的手套箱内进行；惰性气氛选自氩气、氮气、氦气或混合气的一种，氧气和水含量均小于1ppm。

7.如权利要求6所述的石墨烯包覆多孔硅复合负极材料的应用方法，其特征在于，所述的导电剂包括乙炔黑、炭黑、石墨烯、碳丝、不锈钢纤维、Super-P和碳纳米管的一种或几种；所述的黏结剂包括海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯醇、羧甲基壳聚糖、聚丙烯酸、Acryl S020和壳聚的一种或多种；所述的载流体包括铜、铝、镍、不锈钢、碳、覆碳铝箔的一种或多种。