本發(fā)明屬于鋰離子電池制備，涉及一種cu-rgo雙層修飾的sio顆粒及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池具有高能量密度、長壽命和環(huán)保的特點，是最具吸引力的儲能設(shè)備之一，在現(xiàn)代社會中扮演著越來越重要的角色，也成為了目前移動儲能設(shè)備與電動汽車中不可或缺的一部分。然而，目前廣泛用于生活中的鋰離子電池并不能滿足電動汽車和大規(guī)模儲能的不斷增長的需求。因此開發(fā)一種高比容量、更快的充放電速度以及更長時間循環(huán)壽命的負極是目前的主流研究方向。

2、目前市場上主流的鋰離子電池大多采用以插層為主的負極材料，如石墨和鈦酸鋰，它們具有良好的循環(huán)性能但相對而言容量有限。而硅是代替低容量負極材料的良好選擇，但其在鋰化/脫鋰過程中產(chǎn)生的體積波動較大且納米化的成本較高，使得其商業(yè)發(fā)展受到了一定限制。而微米級一氧化硅由于其成本低廉、儲量豐富、易于合成等優(yōu)點被認為是硅材料的替代品，其理論比容量(～2400mah?g-1)相較于石墨負極(372mah?g-1)也有很大的提升，且其第一次鋰化時生成的氧化鋰和硅酸鋰可以緩和體積變化改善循環(huán)性能。但與硅的缺點相似，一氧化硅本身的電導率低，降低了電化學活性；體積變化雖然不像硅那樣嚴重，但也是不可忽略的，從而降低硅基負極的循環(huán)性能以及鋰離子導率；另外一氧化硅由于初次鋰化時產(chǎn)生氧化鋰與硅酸鋰等不可逆循環(huán)產(chǎn)物，導致其初始庫倫效率相對較低。

3、總之，目前的硅基負極存在導電性差、鋰離子導率低、循環(huán)性能差等問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種cu-rgo雙層修飾的sio顆粒及其制備方法和應(yīng)用，解決了硅基負極存在導電性差、鋰離子導率低、循環(huán)性能差的問題。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

3、一種cu-rgo雙層修飾的sio顆粒的制備方法，包括以下步驟：

4、s1、將sio顆粒加入到化學鍍銅鍍液中，加熱攪拌至混合均勻，制成混合溶液；

5、s2、將甲醛放入到混合溶液中，加熱攪拌均勻，制得sio@cu；

6、s3、將sio@cu加入到氧化石墨烯水溶液中，充分攪拌至混合均勻，得到sio@cu/go；

7、s4、將sio@cu/go進行水熱處理，制得前驅(qū)體；

8、s5、將前驅(qū)體進行退火處理，制得所述cu-rgo雙層修飾的sio顆粒。

9、進一步，s1中，化學鍍銅鍍液的具體制備過程為：

10、將銅鹽、edta·2na、2,2'-聯(lián)吡啶加入到去離子水中制成化學鍍銅鍍液。

11、進一步，化學鍍銅鍍液中，cuso4·5h2o的濃度為10～20g/l；

12、edta·2na的濃度為10～40g/l；

13、2,2'-聯(lián)吡啶的濃度為10～30mg/l。

14、進一步，s1中，sio顆粒與化學鍍銅鍍液的比例為1g：(1～40)l。

15、進一步，s1和s2中，加熱攪拌的時間為5～8h，溫度為40～60℃。

16、進一步，s2中，甲醛的濃度為10～30ml/l；

17、s3中，氧化石墨烯水溶液的濃度為2～10mg/ml。

18、進一步，s4中，水熱處理的時間為5～20h，溫度為120～160℃。

19、進一步，s5中，退火處理溫度為400～600℃，退火時間為4～10h。

20、本發(fā)明還公開了所述制備方法制備得到的cu-rgo雙層修飾的sio顆粒，在sio顆粒表面均勻包覆有銅納米層，在銅納米層外包覆有氧化石墨烯層；

21、所述銅納米層中的cu納米顆粒的直徑為2～7nm；

22、所述氧化石墨烯片層的厚度為1～3nm；

23、所述sio顆粒的直徑為1-5μm。

24、本發(fā)明還公開了所述的cu-rgo雙層修飾的sio顆粒作為電池負極材料在制備鋰離子電池中的應(yīng)用。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

26、本發(fā)明公開一種cu-rgo雙層修飾的sio顆粒的制備方法，包括將氧化亞硅與化學鍍銅鍍液相混合，在特定溫度下充分攪拌至反應(yīng)完全，制得sio@cu；將sio@cu加入到氧化石墨烯(go)水溶液中，充分攪拌直至混合均勻，制得sio@cu/go；將sio@cu/go放入反應(yīng)釜中進行水熱反應(yīng)制得前驅(qū)體；對前驅(qū)體進行退火處理，制得sio@cu-rgo。使用cu與rgo對sio的雙層包覆，經(jīng)過化學鍍銅后使得sio表面均勻的包覆了一層銅納米顆粒，表面的銅包覆層在降低界面電阻的同時加強了復合材料整體的穩(wěn)定性，使得電池的循環(huán)性能得到增強。通過水熱與退火制備的rgo增強了材料整體的導電性與鋰離子傳輸效率，也進一步為氧化亞硅材料提供了緩沖空間，其中經(jīng)過退火處理后的氧化石墨烯也被充分還原，提高了導電性并與sio@cu緊密結(jié)合。雙層包覆結(jié)構(gòu)可以避免電解液與氧化亞硅材料直接進行接觸，從而降低化學副反應(yīng)的發(fā)生，同時降低電池內(nèi)部熱量的產(chǎn)生，減輕氧化亞硅在充放電過程中因體積膨脹帶來的負面影響，有助于電池循環(huán)穩(wěn)定性的提升。

27、進一步，加熱溫度設(shè)計為40～60℃，溫度升高加快了分子間的運動頻率，使分子間碰撞更加激烈，反應(yīng)速率加快；但過高的溫度又會導致化學鍍銅溶液不穩(wěn)定，直接在溶液中析出銅金屬，無法在基材表面形成完整的銅金屬鍍層，因此合適的溫度可以保證銅納米顆粒在sio顆粒表面均勻生成且避免鍍層過厚和比容量下降。

28、進一步，步驟s4中，水熱處理的溫度設(shè)計為160～180℃。水熱法還原go，隨著溫度的升高可以顯著的提升結(jié)晶性并保證石墨烯與sio緊密結(jié)合，從而提高導電性以及機械性能，有效增強了石墨烯修飾sio顆粒的導電性以及減輕了循環(huán)過程中因體積膨脹所帶來的負面效應(yīng)。

29、進一步，步驟s5中，退火處理溫度設(shè)計為400～600℃。退火處理是為了進一步的還原go從而提升其結(jié)晶性，然而過高的退火溫度會導致sio顆粒發(fā)生歧化反應(yīng)，且會使石墨烯的結(jié)晶度過高而降低其柔韌性，帶來負面影響；而溫度過低則會導致還原程度低，無法達到預期還原效果。

30、本發(fā)明制得的cu-rgo雙層修飾的sio顆粒，具有雙層包覆結(jié)構(gòu)，可以避免電解液與氧化亞硅材料直接進行接觸，從而降低化學副反應(yīng)的發(fā)生，同時降低電池內(nèi)部熱量的產(chǎn)生，減輕氧化亞硅在充放電過程中因體積膨脹帶來的負面影響，有助于電池循環(huán)穩(wěn)定性的提升。由于石墨烯與銅納米顆粒的存在，cu-rgo雙層修飾的sio顆粒具有較高的機械強度以及良好的導電性與鋰離子導率，避免了氧化亞硅在充放電過程中的結(jié)構(gòu)坍塌和過度消耗電解液，加強了氧化亞硅在充放電過程中的鋰離子導率以及電子轉(zhuǎn)移速度，有效提高了氧化亞硅的倍率性能與循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種cu-rgo雙層修飾的sio顆粒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種cu-rgo雙層修飾的sio顆粒的制備方法，其特征在于，s1中，化學鍍銅鍍液的具體制備過程為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種cu-rgo雙層修飾的sio顆粒的制備方法，其特征在于，化學鍍銅鍍液中，cuso4·5h2o的濃度為10～20g/l；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種cu-rgo雙層修飾的sio顆粒的制備方法，其特征在于，s1中，sio顆粒與化學鍍銅鍍液的比例為1g：(1～40)l。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種cu-rgo雙層修飾的sio顆粒的制備方法，其特征在于，s1和s2中，加熱攪拌的時間為5～8h，溫度為40～60℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種cu-rgo雙層修飾的雙層修飾的氧化亞硅顆粒及其制備方法，其特征在于，s2中，甲醛的濃度為10～30ml/l；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種cu-rgo雙層修飾的sio顆粒的制備方法，其特征在于，s4中，水熱處理的時間為5～20h，溫度為120～160℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種cu-rgo雙層修飾的sio顆粒的制備方法，其特征在于，s5中，退火處理溫度為400～600℃，退火時間為4～10h。

9.一種權(quán)利要求1-8任意一項所述制備方法制備得到的cu-rgo雙層修飾的sio顆粒，其特征在于，在sio顆粒表面均勻包覆有銅納米層，在銅納米層外包覆有氧化石墨烯層；

10.權(quán)利要求9所述的cu-rgo雙層修飾的sio顆粒作為電池負極材料在制備鋰離子電池中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于鋰離子電池制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種Cu?rGO雙層修飾的SiO顆粒及其制備方法和應(yīng)用，其制備方法為：將SiO顆粒與化學鍍銅鍍液相混合，制得SiO@Cu；將SiO@Cu加入到氧化石墨烯水溶液中，制得SiO@Cu/GO；將SiO@Cu/GO進行水熱反應(yīng)制得前驅(qū)體；對前驅(qū)體進行退火處理，制得SiO@Cu?rGO。制得的SiO@Cu?rGO具有較高的機械強度以及良好的導電性與鋰離子導率，避免了氧化亞硅在充放電過程中的結(jié)構(gòu)坍塌和過度消耗電解液，加強了氧化亞硅在充放電過程中的鋰離子導率以及電子轉(zhuǎn)移速度，有效提高了氧化亞硅的倍率性能與循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：杜高輝,梁皓桐,蘇慶梅,許并社
受保護的技術(shù)使用者：陜西科技大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9