[发明专利]一种石墨烯包覆硅/金属复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种石墨烯包覆硅/金属复合负极材料及其制备方法，其中，以廉价易得的微米级硅粉、金属氧化物和液态聚丙烯腈低聚物为原料，制备出的石墨烯包覆硅/金属负极材料，不仅制备方法简单、能量密度高，而且大大降低了生产成本，有利于市场化的快速发展。所述石墨烯包覆硅/金属复合负极材料，通过金属的引入不仅可提高电极材料的导电性，同时还能减轻电极材料的体积膨胀程度、维持电极材料的结构稳定性；石墨烯的包覆不仅可起到约束并缓冲硅的体积膨胀，阻止活性粒子的团聚作用，同时石墨烯优异的导电性能还加快了复合电极材料的电子迁移速率，提高了复合负极材料的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制造技术领域，尤其涉及一种石墨烯包覆硅/金属复合负极材料及其制备方法。

背景技术

社会的不断发展促使人类对能源的需求急剧增长，但是伴随而来的却是环境污染、全球变暖和能源枯竭的问题。当前运用最普遍的可充电电池主要是锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池和镍镉电池。而其中锂离子电池因其工作电压高、能量密度大、比功率大、比容量大、工作温度范围宽、使用寿命长等特点广泛应用于电子设备中。但随着各种便携式电子产品的广泛使用及电动汽车的迅速普及，这就要求化学电源具有更高的能量密度、高功率和高安全性能。

市场对高比能锂离子电池的需求越来越强烈，而传统的石墨材料理论比容量仅为372 mAh·g^-1，远远不能满足高比能锂离子电池的需求，在巨大的市场需求的刺激下，各种新型的负极材料纷纷开始出现，例如硅基负极材料、锡基负极材料、氮掺杂多孔石墨材料和过渡金属硫化物负极等。

硅负极材料具有目前已知的最高的理论比容量（4200 mAh·g^-1）和适中的脱锂电位（ 0.5 V vs Li⁺/Li）和储量丰富（27.6%）等特点，成为了下一代锂离子电池负极材料的有力竞争者。但是硅负极存在天然的缺陷，锂嵌入到Si的晶胞内，会导致Si材料发生严重的膨胀，体积膨胀达到400%，硅负极材料会发生严重的膨胀、粉化和SEI膜的持续形成，此外，硅负极导电性远不如相比商业化的石墨材料，因此，硅负极材料容量在不断的充放电过程中会发生迅速衰减，限制了它的商业化应用。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种石墨烯包覆硅/金属复合负极材料及其制备方法，旨在解决现有技术中的硅电极材料在充放电过程中产生的巨大体积膨胀及硅电极材料导电性较差的问题。

本发明的技术方案如下：

一种石墨烯包覆硅/金属复合负极材料的制备方法，其中，包括步骤：

A、将微米硅粉在惰性气氛中进行高能砂磨，制得纳米级别硅粉；

B、将所述纳米级别硅粉与金属氧化物和液态聚丙烯腈低聚物按照预定质量比加入到溶剂中，混合均匀得到混合物；

C、对所述混合物进行干燥处理，将干燥后的混合物粉末置于预定温度下进行预氧化处理，得到预氧化前驱体粉末；

D、将所述预氧化前驱体粉末置于惰性气氛中，进行烧结处理，得到石墨烯包覆硅/金属复合负极材料。

所述的石墨烯包覆硅/金属复合负极材料的制备方法，其中，所述纳米级别硅粉的粒径为50-100nm。

所述的石墨烯包覆硅/金属复合负极材料的制备方法，其中，所述液态聚丙烯腈低聚物的相对分子量为100-100000。

所述的石墨烯包覆硅/金属复合负极材料的制备方法，其中，所述金属氧化物为氧化锡、氧化铁、氧化铜和氧化钛中的一种或多种。

所述的石墨烯包覆硅/金属复合负极材料的制备方法，其中，所述纳米级别硅粉与金属氧化物和液态聚丙烯腈低聚物质量比为1：0.1-2：1-10。