[发明专利]一种锂离子电池复合负极材料的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种锂离子电池复合负极材料的制备方法。

【背景技术】

锂离子电池因具有较高能量密度和长寿命在各类电动工具中广泛应用。目前，常用的锂离子电池负极为石墨，而石墨负极的有限的储锂能力(372mAh/g)使得以石墨为负极的锂离子电池不能满足人们对能量密度越来越高的要求。

硅基材料有较好的理论储锂能力(3579mAh/g)，可形成Li₁₅Si₄合金，且价格便宜，安全性好，成为锂离子电池负极的新兴材料。然而，在锂离子脱嵌的过程中，硅基材料的膨胀率高达300％，导致材料粉碎，颗粒与颗粒之间、颗粒与集流体之间的连接性变差，造成容量快速衰减。

鉴于此，实有必要提供一种新型的锂离子电池复合负极材料的制备方法以克服以上缺陷。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种能够有效抑制体积膨胀、硅分布在石墨烯上、具有多孔结构及较大的比表面积、具有优异的可逆容量、高的电化学性能及循环稳定性的锂离子电池复合负极材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种锂离子电池复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一：取氧化石墨烯溶液及纳米硅溶于甲醇中，加入甲基丙烯酸甲酯及偶氮二异丁腈，在氮气的气氛下搅拌，制得初级产物GO/Si/PMMA；步骤二：取吡咯溶于甲醇中，形成吡咯溶液；将步骤一制得的初级复合材料GO/Si/PMMA进行超声搅拌，然后加入所述吡咯溶液并放入冰水浴中搅拌，加入氧化剂后搅拌离心，并将离心产物进行真空干燥，制得复合产物PPy/G/Si/PMMA；步骤三：将步骤二制得的复合产物PPy/G/Si/PMMA在氮气的气氛下煅烧，制得最终的复合负极材料G/Si/C。

在一个优选实施方式中，所述步骤一中的纳米硅与氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯的质量比为20：1～60：1。

在一个优选实施方式中，所述步骤一中的氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯的质量分数为5％。

在一个优选实施方式中，所述步骤二中的吡咯的质量与氧化剂的质量比为17％～24％。

在一个优选实施方式中，所述步骤二中的氧化剂为FeCl₃·6H₂O或Fe₂O₃。

在一个优选实施方式中，所述步骤二中的真空干燥的干燥温度为80℃，真空干燥时间为12h。

在一个优选实施方式中，所述步骤二中超声搅拌的时间为10～30min。

在一个优选实施方式中，所述步骤三中在氮气气氛下煅烧的温度为400℃及700℃，用于将所述步骤二制得的复合产物PPy/G/Si/PMMA中的PPy及PMMA热解。

相比于现有技术，本发明提供的锂离子电池复合负极材料的制备方法，制备的复合材料为多孔结构的N掺杂的碳骨架，有效抑制了体积膨胀，具有较大的比表面积，可逆容量大；硅单质分布在石墨烯片上，使得材料具有良好的导电性能，制备的电池具有良好的电化学性能及循环稳定性。

【附图说明】

图1为本发明提供的实施例1中(1)所制备的初级产物GO/Si/PMMA的扫面电镜图；

图2为本发明提供的实施例1中(1)所制备的初级产物GO/Si/PMMA的透射电镜图；

图3为本发明提供的实施例1中(2)所制备的复合产物PPy/G/Si/PMMA的扫面电镜图；

图4为本发明提供的实施例1中(2)所制备的复合产物PPy/G/Si/PMMA的透射电镜图；

图5为本发明提供的实施例1中(3)所制备的最终的复合负极材料G/Si/C的扫面电镜图；

图6为本发明提供的锂离子电池复合负极材料的制备方法的合成步骤图；

图7为本发明提供的实施例1对应的测试电池的1～6周的充放电曲线图；

图8为本发明提供的实施例1对应的测试电池的循环性能图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。

本发明提供一种锂离子电池复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：