一种石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料及制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料及制备方法与应用，所述石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料包括纳米硅基体、包覆在所述纳米硅基体表面的硅的氧化物包覆层以及包覆在所述硅的氧化物包覆层表面的石墨烯包覆层。通过在硅的氧化物包覆层表面继续进行石墨烯包覆，可以有效缓解充放电过程中纳米硅颗粒的体积膨胀效应，同时避免硅颗粒与电解液的直接接触生成过厚固体电解质界面膜。因此，本发明专利技术提供的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料具有较高的比容量、倍率性能及循环稳定性；且本发明专利技术的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料的制备方法简单，制作成本低，易于工业化生产。易于工业化生产。易于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料及制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种石墨烯/硅的氧化物包覆包覆纳米硅复合材料及制备方法与应用。

技术介绍

[0002]由于硅负极材料具有极高的理论容量，在高温下其容量可达4200mAh/g，远高于目前商业用的石墨类负极材料，而且硅的储量极其丰富，被视为下一代商业锂离子电池负极材料最具潜力的材料之一。但是，硅负极材料导电性差，在锂化过程中，硅负极材料有大约300％的体积膨胀，并且在充放电循环中不断形成固体电解质膜(SEI)，导致电解液不断分解、电极容量急剧下降、库伦效率降低、循环寿命缩短等一系列问题。
[0003]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0004]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料及制备方法与应用，旨在解决现有硅基复合材料作为负极材料时在锂化过程中体积膨胀严重、性能较差以及制备成本高的问题。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料，包括纳米硅基体、包覆在所述纳米硅基体表面的硅的氧化物包覆层以及包覆在所述硅的氧化物包覆层表面的石墨烯包覆层。
[0007]所述的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料，其中，所述石墨烯包覆层的原材料为边缘氧化的单层石墨烯水溶液。
[0008]一种如上所述的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料的制备方法，具体包括步骤：
[0009]提供硅的氧化物包覆的纳米硅；
[0010]将所述硅的氧化物包覆的纳米硅与有机溶剂混合得到悬浮液；
[0011]向所述悬浮液加入所述边缘氧化的单层石墨烯水溶液，经搅拌、加热、干燥得到边缘氧化的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料；
[0012]对所述边缘氧化的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料进行热处理，得到所述石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料。
[0013]所述的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料的制备方法，其中，所述硅的氧化物包覆的纳米硅的制备方法具体包括：
[0014]将微米硅与有机溶剂混合得到混合液；
[0015]所述混合液经过高能球磨后制备得到所述硅的氧化物包覆的纳米硅。
[0016]所述的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料的制备方法，其中，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇中的一种或多种。
[0017]所述的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料的制备方法，其中，所述边缘氧化的单层石墨烯水溶液中石墨烯的质量为所述微米硅的质量的0.1％
‑
5％。
[0018]所述的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料的制备方法，其中，对所述边缘氧化的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料进行热处理，得到所述石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料，包括：
[0019]将所述边缘氧化的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料放入烧结炉中，在惰性气体保护以及热处理温度600
‑
1100℃的条件下处理2
‑
5小时，得到所述石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料。
[0020]所述的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料的制备方法，其中，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种或多种。
[0021]所述的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料的制备方法，其中，对所述边缘氧化的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料进行热处理的升温速率为3℃/min或5℃/min或10℃/min；降温速率为5℃/min或7℃/min。
[0022]一种石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料的应用，将如上所述的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料或如上所述的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料的制备方法制得的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料作为锂离子电池的负极材料。
[0023]有益效果：本专利技术提供一种石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料及制备方法与应用，所述石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料包括纳米硅基体、包覆在所述纳米硅基体表面的硅的氧化物包覆层以及包覆在所述硅的氧化物包覆层表面的石墨烯包覆层。通过在硅的氧化物包覆层表面继续进行石墨烯包覆，可以有效缓解充放电过程中纳米硅颗粒的体积膨胀效应，同时避免硅颗粒与电解液的直接接触生成过厚固体电解质界面膜；此外，石墨烯可以有效地提高复合材料的电子电导率。因此，本专利技术提供的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料具有较高的比容量、倍率性能及循环稳定性；且本专利技术的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料的制备方法简单，制作成本低，易于工业化生产。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1得到的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料的X射线粉末衍射图；
[0025]图2为本专利技术实施例1得到的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料的拉曼光谱图；
[0026]图3为本专利技术实施例1得到的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料的扫描电子显微镜图；
[0027]图4为本专利技术实施例1得到的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料的透射电子显微镜图；
[0028]图5为本专利技术实施例1和对比例1的倍率性能测试对比图；
[0029]图6为本专利技术实施例1、实施例2、实施例3和对比例1的放电比容量随循环次数的变化图；
[0030]图7为本专利技术实施例1、实施例4、实施例5的放电比容量随循环次数的变化图；
[0031]图8为本专利技术实施例1和对比例1的交流阻抗测试对比图。
具体实施方式
[0032]本专利技术提供一种石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料及制备方法与应用，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0033]目前，人们为了解决现有现有技术中硅材料导电性差和体积膨胀的问题，通常采用硅颗粒纳米化、碳包覆等改性方法对硅材料进行改造，如申请号为201910900037.2的专利技术专利中，提到了一种多孔硅纳米线的合成方法及其在锂离子电池负极上的应用，其通过溶胶
‑
凝胶法制备氧化硅纳米线，在利用镁热还原及酸洗得到具有多孔结构的硅纳米线，其多孔线性结构缓解了硅子在充放电循环中的体积膨胀，但还是无法满足社会的需求。再如申请号为202010877236.9的专利技术专利中，通过将聚四氟乙烯颗粒和硅颗粒混合后再球磨，再将球磨后的粉体点燃，从而得到碳包覆硅的复合材料，该专利技术通过对硅颗粒进行碳包覆，在一定程度上限制了充放电循环中硅的体积膨胀，避免了硅与电解液发生副反应，但其制备工艺复杂，并不适合大规模生产。因此，如何低成本制备电化学性能优异的硅基复合材料，是开发硅负极材料急需解决的问题。
[0034]基于此，如图4所示，本专利技术提供一种石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料，包括纳米硅基体、包覆在所述纳米硅基体表面的硅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料，其特征在于，包括纳米硅基体、包覆在所述纳米硅基体表面的硅的氧化物包覆层以及包覆在所述硅的氧化物包覆层表面的石墨烯包覆层。2.根据权利要求1所述的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料，其特征在于，所述石墨烯包覆层的原材料为边缘氧化的单层石墨烯水溶液。3.一种如权利要求1
‑
2任一所述的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括步骤：提供硅的氧化物包覆的纳米硅；将所述硅的氧化物包覆的纳米硅与有机溶剂混合得到悬浮液；向所述悬浮液加入所述边缘氧化的单层石墨烯水溶液，经搅拌、加热、干燥得到边缘氧化的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料；对所述边缘氧化的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料进行热处理，得到所述石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料。4.根据权利要求3所述的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅的氧化物包覆的纳米硅的制备方法具体包括：将微米硅与有机溶剂混合得到混合液；所述混合液经过高能球磨后制备得到所述硅的氧化物包覆的纳米硅。5.根据权利要求4所述的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇中的一种或多种。6.根据权利要求4所述的石墨烯/硅的氧化物包覆纳米硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述边缘氧化的单层石墨烯水溶液中石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘剑洪，杨一钊，黎烈武，张黔玲，叶盛华，周婷，杨鹏钢，杜保荣，黄少銮，熊威，陈文沛，陈超，
申请(专利权)人：深圳市本征方程石墨烯技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：