一種鋰離子電池負(fù)極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種鋰離子電池負(fù)極的制備方法。
技術(shù)背景
[0002]充電鋰離子電池由于其良好性能(高比容量，高工作電壓，自放電小)以及環(huán)境友好性，被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電腦、攝像機(jī)等便攜式電子設(shè)備。動力鋰離子電池被視為未來電動車的理想電源。電極材料是影響鋰離子電池性能的關(guān)鍵因素。硅的理論克容量為4200mAh/g，且充放電電位較低，是鋰離子電池的理想電極材料。但是硅在鋰離子脫嵌過程中發(fā)生L1-Si合金化反應(yīng)時會產(chǎn)生高達(dá)300%的體積膨脹，導(dǎo)致電極粉化失效，鋰電池容量劇烈衰減。此外硅的導(dǎo)電性較差，而且硅作為鋰離子電池負(fù)極材料在首次循環(huán)中形成的SEI膜不穩(wěn)定。
[0003]進(jìn)行表面包覆，硅/碳或硅/金屬形成復(fù)合電極材料等方法被廣泛應(yīng)用于制備高性能硅基電極材料。李海等采用表面熱解炭涂層以及石墨烯包覆制備出了硅/熱解炭/石墨稀復(fù)合材料，結(jié)果表明首次放電容量高達(dá)2129mAh/g，100個循環(huán)后其容量仍保持在1431mAh/g。Dafang He等采用鎂還原S1jP石墨稀包覆法制備了納米娃/石墨稀復(fù)合電極材料，結(jié)果表明在200mA/g電流密度下，120個循環(huán)后容量保持為701mAh/g。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池負(fù)極的制備方法。
[0005]制備工藝包括:以提純后的天然鱗片石墨為原料，采用Hmnmers法自制氧化石墨烯(GO)分散液，以硅烷偶聯(lián)劑(KH560)為分散劑，采用機(jī)械攪拌法、超聲復(fù)合法和高溫氫還原法制備得到Si/G復(fù)合材料。具體如下:
[0006](I)向容器中加入蒸餾水，置于機(jī)械攪拌器攪拌，加入KH560硅烷偶聯(lián)劑，再加入納米硅粉，得到納米硅粉分散液，KH560硅烷偶聯(lián)劑和納米硅粉的質(zhì)量比為1:50?60 ;以鱗片石墨為原料，采用Hummers法制備氧化石墨烯分散液，將納米硅粉分散液加入到氧化石墨烯分散液中，其中氧化石墨烯和納米硅粉的質(zhì)量比為1:0.2?0.4 ;先機(jī)械攪拌然后超聲攪拌，充分反應(yīng)后，轉(zhuǎn)移至鼓風(fēng)烘箱，烘干得到復(fù)合材料A ;
[0007](2)對復(fù)合材料A中的氧化石墨烯進(jìn)行氫氣還原，還原溫度為450-700°C，H2流量為500-700ml/min，得到復(fù)合材料B ；
[0008](3)將復(fù)合材料B、炭黑和聚偏氟乙烯按照質(zhì)量比為65:20?25:10?15，制備成鋰電池負(fù)極。
[0009]所述的鱗片石墨是經(jīng)2300_2800°C高溫提純后的鱗片石墨。
[0010]所述的納米娃粉的粒徑為30?lOOnm。
[0011]將鋰電池負(fù)極組裝為型號為2016型紐扣式半電池，電池的組裝在超級凈化手套箱中進(jìn)行，工作氣氛為純度為99.999%的氮?dú)?，壓力?.5Mpa。負(fù)極為組裝好的備用電極片，正極為金屬鋰片，電解液為LB-315C型電解液。
[0012]紐扣半電池進(jìn)行恒電流充放電測試時，通過多次充放電循環(huán)，從容量高低、保持率、庫倫效率等方面表征所制備復(fù)合負(fù)極材料的電化學(xué)性能。
[0013]測試在型號為CT2100A的藍(lán)電電池測試系統(tǒng)上進(jìn)行，步驟及參數(shù)設(shè)置為:以靜置30s-恒流放電-恒流充電的程序進(jìn)行20次循環(huán)，電壓范圍為0.001-2V，電流密度為300mA/
[0014]隨著電動汽車的發(fā)展，高容量鋰離子電池已經(jīng)成為鋰離子電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，也是目前電動汽車發(fā)展的瓶頸之一。采用本文所述制備工藝，所得到的質(zhì)量比納米硅:石墨烯為1:5的復(fù)合材料的首次放電比容量為2915.0mAh/g，首次充電比容量為1080.5mAh/g，首次庫倫效率為37.1 %。充放電循環(huán)20次后，容量穩(wěn)定在969.6mAh/g，庫倫效率穩(wěn)定在99%左右，容量衰減極小。可應(yīng)用于高容量鋰離子動力電池。
【附圖說明】
[0015]圖1為納米娃、石墨稀及Si/G復(fù)合材料的XRD圖；
[0016]圖2石墨烯以及制備所得復(fù)合材料SEM圖；
[0017]圖3為不同放大倍數(shù)下的TEM圖像；
[0018]圖4為納米硅/石墨烯復(fù)合材料的電化學(xué)性能曲線；
[0019]圖5為納米娃循環(huán)性能曲線圖；
[0020]圖6為納米娃/石墨稀復(fù)合材料循環(huán)性能曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
:
[0021]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，以下舉例示出的實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明而非用于對其作出任何限制。比如:下面描述的各步驟的順序并非唯一和不可改變的，只要其符合正常的邏輯順序而能夠?qū)嵤┍景l(fā)明即可。
[0022]實(shí)施例1
[0023]提前制備的氧化石墨烯的分散液50ml，氧化石墨烯含量為lg，分散液為蒸餾水。向帶有機(jī)械攪拌的10ml的燒杯中加入50ml氧化石墨稀分散液。向80ml燒杯中加入50ml蒸餾水，置于機(jī)械攪拌器上并開啟攪拌，加入0.004gKH560硅烷偶聯(lián)劑，然后緩慢加入0.2g納米硅粉(粒徑30-100nm)，等到納米硅粉完全分散于蒸餾水中后，將此分散液加入到氧化石墨稀分散液中，機(jī)械攪拌30分鐘，然后超聲攪拌2h，然后轉(zhuǎn)移至烘箱，鼓風(fēng)烘干5h后，SP可得到納米硅/氧化石墨烯復(fù)合材料。將納米硅/GO復(fù)合材料裝入石墨坩禍，采用真空氣相沉積設(shè)備，將Si/G0采用參數(shù)為600°C，升溫速率300°C /h, H2流量600ml/min的高溫氫還原法處理3h，即可得到最終Si/G復(fù)合材料1.06go
[0024]實(shí)施例2
[0025]提前制備的氧化石墨烯的分散液50ml，氧化石墨烯含量為lg，分散液為蒸餾水。向帶有機(jī)械攪拌的10ml的燒杯中加入50ml氧化石墨稀分散液。向80ml燒杯中加入50ml蒸餾水，置于機(jī)械攪拌器上并開啟攪拌，加入0.005gKH560硅烷偶聯(lián)劑，然后緩慢加入0.25g納米硅粉(粒徑30-100nm)，等到納米硅粉完全分散于蒸餾水中后，將此分散液加入到氧化石墨烯分散液中，機(jī)械攪拌30分鐘，然后超聲攪拌2h，然后轉(zhuǎn)移至烘箱，鼓風(fēng)烘干5h后，即可得到納米硅/氧化石墨烯復(fù)合材料。將納米硅/GO復(fù)合材料裝入石墨坩禍，采用真空氣相沉積設(shè)備，將Si/GO采用參數(shù)為600°C，升溫速率300°C /h, H2流量600ml/min的高溫氫還原法處理3h，即可得到最終Si/G復(fù)合材料1.18go
[0026]實(shí)施例3
[0027]提前制備的氧化石墨烯的分散液50ml，氧化石墨烯含量為lg，分散液為蒸餾水。向帶有機(jī)械攪拌的10ml的燒杯中加入50ml氧化石墨稀分散液。向80ml燒杯中加入50ml蒸餾水，置于機(jī)械攪拌器上并開啟攪拌，加入0.006gKH560硅烷偶聯(lián)劑，然后緩慢加入0.23g納米硅粉(粒徑30-100nm)，等到納米硅粉完全分散于蒸餾水中后，將此分散液加入到氧化石墨烯分散液中，機(jī)械攪拌30分鐘，然后超聲攪拌2h，然后轉(zhuǎn)移至烘箱，鼓風(fēng)烘干5h后，即可得到納米硅/氧化石墨烯復(fù)合材料。將納米硅/GO復(fù)合材料裝入石墨坩禍，采用真空氣相沉積設(shè)備，將Si/GO采用高溫氫還原法(600°C，升溫速率300°C /h, H2流量600ml/min)處理3h，即可得到最終Si/G復(fù)合材料1.14g。
[0028]實(shí)施例4
[0029]提前制備的氧化石墨烯的分散液50ml，氧化石墨烯含量為lg，分散液為蒸餾水。向帶有機(jī)械攪拌的10ml的燒杯中加入50ml氧化石墨稀分散液。向80ml燒杯中加入50ml蒸餾水，置于機(jī)械攪拌器上并開啟攪拌，加入0.007gKH560硅烷偶聯(lián)劑，然后緩慢加入0.35g納米硅粉(粒徑30-100nm)，等到納米硅粉完全分散于蒸餾水中后，將此分散液加入到氧化石墨烯分散液中，機(jī)械攪拌30分鐘，然后超聲攪拌2h，然后轉(zhuǎn)移至烘箱，鼓風(fēng)烘干5h后，即可得到納米硅/氧化石墨烯復(fù)合材料。將納米硅/GO復(fù)合材料裝入石墨坩禍，采用真空氣相沉積設(shè)備，將Si/GO采用參數(shù)為600°C，升溫速率300°C /h, H2流量600ml/min的高溫氫還原法處理3h，即可得到最終Si/G復(fù)合材料1.22go
[0030]實(shí)施例5
[0031]提前制備