专利名称：一种锂离子电池硅基复合负极材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于锂离子电池技术领域，提供了一种用于锂离子电池硅基复合负极材料的制备方法。
背景技术：
随着电子和信息产业的快速发展，移动通讯、数码摄像和便携式计算机得到广泛应用，从而带动为上述设备提供能源的装置-锂离子电池的迅速发展。与传统的镍氢电池和镍镉电池相比，锂离子电池具有能量密度高，工作电压高、自放电小、可快速充放电、安全性能好等优点，是目前发展最快、市场前景最为光明的一种二次电池。目前商业化的锂离子电池的负极主要采用中间相炭微球、改性天然石墨、人造石墨等碳质材料。但是这些石墨化碳质材料的理论容量只有372mAh/g，极大限制了电池整体容量的进一步提升。为了满足高容量锂离子电池的需求，研究开发高比容量非碳锂离子电池负极材料已经变得十分迫切和必要。在非碳负极材料中，硅的理论比容量高，达到4200mAh/g，接近于碳负极材料的10倍，并且硅在地球上储量丰富、成本低廉，成为目前最有前途的锂离子电池负极材料。然而由纯粹的硅粉组成的负极在脱嵌锂过程中伴随非常大的体积变化，影响电极的循环稳定性。将硅与惰性基质组成复合材料电极可以缓冲硅粉在脱嵌锂过程中的体积膨胀，维持材料的结构稳定性。将硅基材料与碳材料复合可以在一定程度上改善其循环性能和降低不可逆容量。碳的加入一方面提供了更高的电导率，另一方面充当了惰性基质，在一定程度上降低了硅在充放电过程中的体积膨胀，改善了材料的循环性能。石墨烯纳米片是一种新型的纳米碳材料，以其优良的导电性、较大的比表面积、优良的稳定性、较宽的电化学窗口等特点，已成为很有潜力的锂离子电池负极材料。石墨烯纳米片的厚度在I 10nm，具有很高的电子导电率，其电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过电子在一般导体中的运动速度，且比表面极大，使其与其他材料复合可以有效提高复合材料的导电率、增加材料与电解液之间的接触面积，并且还可以抑制锂离子嵌入脱出过程中材料的体积效应。专利200910082125.2报导了采用金属镁粉还原硅的氧化物制备硅基锂离子电池负极材料——硅/氧化镁复合材料的方法。专利201210019225.2报导了采用镁热还原二氧化硅制备多孔氧化镁/硅复合材料，然后在其上面化学气相沉积生长石墨烯，最后分别用酸洗和碱洗除去生成物氧化镁和硅，获得多孔结构石墨烯材料的方法。本发明报导的是一种硅/氧化镁/石墨烯复合负极材料，由于硅的高容量、材料内外部生长的石墨烯的高导电性能、以及惰性基质氧化镁和石墨烯对硅的体积缓解作用，复合材料能显著增强材料的循环稳定性和比容量
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种锂离子电池硅基复合负极材料及其制备方法，锂离子电池具有高容量同时具有优良循环性能，制备方法简单易行。本发明制备的锂离子电池硅基复合负极材料(硅/氧化镁/石墨烯复合负极材料)的成分及百分比为:硅23 56 wt%，氧化镁36.7 72.5 wt%，石墨烯2 12 wt%。本发明采用镁热还原法，利用镁粉作为还原剂还原硅的氧化物，制备硅/氧化镁复合材料，然后以附着于反应产物-硅的表面上的反应生成物-氧化镁为催化剂，采用碳源进行催化化学气相沉积生长石墨烯，制备硅/氧化镁/石墨烯复合负极材料，具体制备工艺如下:
(1)将微米级、亚微米级或纳米级镁粉和硅的氧化物(SiOx，x=0.5 2)粉末进行称量配比，镁粉与硅的氧化物的加入量按照硅氧化物/镁的原子比例0.5 2:1计算混合；
(2)在惰性气体保护的条件下，采用机械干混或湿混的方法，将步骤(I)的混合料按照球料比1:1 50:1，转速100 3000转/分钟、球磨时间0.5 20小时进行球磨混合，然后以I 30°C /min的升温速率达到所需温度450 900°C，保温1.5 10小时，制得Si/MgO复合材料；
(3)在真空或惰性气保护下，将步骤(2)中制备的Si/MgO复合材料在温度700 IlOO0C，系统压力在1.013 X IO5 Pa的条件下，采用碳源对Si/MgO复合材料进行催化化学气相沉积生长石墨烯，生长时间为5 60min，最终制得锂离子电池硅基复合负极材料。所述娃的氧化物是SiOx,其中χ=0.5 2,粒径为5nm 18 μ m。所述步骤(2)中的湿混是按照步骤(I)中混合料与乙醇的质量比1: 2 5的比例加入乙醇。所述步骤(2)中的惰性气氛为氮气或体积含量为Ar:1 y%，H2: y%的氢氩混和气，其中y=0 10。所述镁粉、硅的氧化物粉末的纯度均在98.5wt%以上。所述的碳源气体是甲烷、乙炔、乙烯或环己烷。所述碳源与Si/MgO复合材料进行催化化学气相沉积生长石墨烯的反应中，最终制得的复合材料的S1:MgO:石墨烯的比例为23 56 wt%: 36.7 72.5 wt%: 2 12
Wt %。本发明的原理为:硅的氧化物被镁还原后生成单质硅，镁则被氧化为氧化镁，氧化镁可以有效地防止单质硅在脱嵌锂过程中的体积膨胀，同时防止单质硅在反应过程的团聚。单质硅表面的氧化镁可以作为催化剂，采用碳源进行催化化学气相沉积生长石墨烯，提高材料的电子导电性。通过上述方法，可以获得良好循环稳定性的复合负极材料。本发明的优点和积极效果在于:制得的锂离子电池的硅基复合负极材料，硅的氧化物经过镁热还原后在内部生成的氧化镁可以缓解硅在充放电循环过程中的体积效应，夕卜部生成的氧化镁起到催化剂作用，原位催化生长石墨烯，增强硅颗粒之间的电子导电性，从而降低颗粒之间的接触电阻，改善硅基复合负极材料的循环稳定性。此外，生长的石墨烯也是电化学活性物质，具有较高的嵌锂容量，对负极材料的容量也具有一定的贡献。本发明的硅/氧化镁/石墨烯复合负极材料，由于惰性基质氧化镁的缓解作用以及石墨烯的高导电性能，复合材料能显著增强材料的循环稳定性和比容量。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明不限于以下所述范围。实施例1:本实施例制得的锂离子电池硅基复合负极材料(硅/氧化镁/石墨烯复合负极材料)的成分及百分比为硅:氧化镁:石墨烯的比例为25.5 wt%: 72.5 wt%:2wt%0具体制备方法如下:
(1)将粒径为5纳米的SiO2与100目镁粉按照摩尔比1:2进行称量配比；
(2)将步骤(I)的混合料在氩气保护下球磨(球与混合物的质量比为20:1)混合IOh(转速1000转/分钟)均匀后，置于流动的Ar气氛中，以10°C /min的升温速率达到所需温度600。。，保温10小时；
(3 )在95%Ar / 5%H2保护下，以甲烷为碳源，将步骤(2 )中制备的Si/MgO复合材料在温度1000°C，保持系统压力1.013 X IO5 Pa的条件下，对Si/MgO复合材料进行催化化学气相沉积生长石墨烯，生长时间为5 min，最终制得锂离子电池硅基复合负极材料(Si/MgO/石墨烯复合负极材料)的成分及百分比为硅:氧化镁:石墨烯的比例为25.5 wt%: 72.5 wt%:2wt%o实施例2:本实施例制得的锂离子电池硅基复合负极材料(硅/氧化镁/石墨烯复合负极材料)的成分及百分比为:硅:氧化镁:石墨烯的比例为24.2 wt%: 68.8 wt%:7wt%。具体制备方法如下:
(1)将粒径为2微米的SiO2与150目镁粉按照摩尔比1:2进行称量配比；
(2)将步骤(I)的混合料在氩气保护下球磨(球与混合物的质量比为20:1)混合15h(转速700转/分钟)均匀后，置于流动的Ar气氛中，以10°C /min的升温速率达到所需温度650°C，保温6小时；
(3 )在95%Ar / 5%H2保护下，以甲烷为碳源，将步骤(2 )中制备的Si/MgO复合材料在温度900°C，保持系统压力1.013 X IO5 Pa的条件下，对Si/MgO复合材料进行催化化学气相沉积生长石墨烯，生长时间为30min，最终制得锂离子电池硅基复合负极材料(Si/MgO/石墨烯复合负极材料)的娃:氧化镁:石墨烯的比例为24.2 wt%: 68.8 wt%:7 wt%。实施例3:本实施例制得的锂离子电池硅基复合负极材料(硅/氧化镁/石墨烯复合负极材料)的成分及百分比为:娃:氧化镁:石墨烯的比例为23 wt%: 65 wt%:12 wt%。具体制备方法如下:
(1)将粒径为10微米的SiO2与200目镁粉按照摩尔比1:2进行称量配比；
(2)将步骤(I)的混合料在氩气保护下球磨(球与混合物的质量比为1:1)混合20h(转速100转/分钟)均匀后，置于流动的95%Ar / 5%H2气氛中，以10°C /min的升温速率达到所需温度700°C，保温4小时；
(3 )在95%Ar / 5%H2保护下，以甲烷为碳源，将步骤(2 )中制备的Si/MgO复合材料在温度1100°C，保持系统压力1.013 X IO5 Pa的条件下，对Si/MgO复合材料进行催化化学气相沉积生长石墨烯，生长时间为60min，最终制得锂离子电池硅基复合负极材料(Si/MgO/石墨烯复合负极材料)的娃:氧化镁:石墨烯的比例为23 wt%: 65 wt%:12 wt%。实施例4:本实施例制得的锂离子电池硅基复合负极材料(硅/氧化镁/石墨烯复合负极材料)的成分及百分比为:硅:氧化镁:石墨烯的比例为25.2 wt%: 71.8 wt%:3wt%0具体制备方法如下: (1)将粒径为5微米的SiO2与250目镁粉按照摩尔比1:2进行称量配比；
(2)将步骤(I)的混合料在氩气保护下球磨(球与混合物的质量比为20:1)混合12h(转速500转/分钟)均匀后，置于流动的90%Ar / 10%H2气氛中，以15°C /min的升温速率达到所需温度750°C，保温3小时；
(3)在95%Ar/ 5%H2保护下，以乙炔为碳源，将步骤(2)中制备的Si/MgO复合材料在温度800°C，保持系统压力1.013 X IO5 Pa的条件下，对Si/MgO复合材料进行催化化学气相沉积生长石墨烯，生长时间为15min，最终制得锂离子电池硅基复合负极材料(Si/MgO/石墨烯复合负极材料)的娃:氧化镁:石墨烯的比例为25.2 wt%: 71.8 wt%:3wt%0实施例5:本实施例制得的锂离子电池硅基复合负极材料(硅/氧化镁/石墨烯复合负极材料)的成分及百分比为:硅:氧化镁:石墨烯的比例为24.2 wt%: 68.8 wt%:7wt%。具体制备方法如下:
(1)将粒径为18微米的SiO2与250目镁粉按照摩尔比1:2进行称量配比；
(2)将步骤(I)的混合料在氩气保护下球磨(球与混合物的质量比为5:1)混合12h(转速500转/分钟)均匀后，置于流动的N2气氛中，以30°C /min的升温速率达到所需温度900°C，保温1.5小时；
(3)在95%Ar/ 5%H2保护下，以乙炔为碳源，将步骤(2)中制备的Si/MgO复合材料在温度750°C，保持系统压力1.013 X IO5 Pa的条件下，对Si/MgO复合材料进行催化化学气相沉积生长石墨烯，生长时间为35min，最终制得锂离子电池硅基复合负极材料(Si/MgO/石墨烯复合负极材料)的娃:氧化镁:石墨烯的比例为24.2 wt%: 68.8 wt%:7wt%。实施例6:本实施例制得的锂离子电池硅基复合负极材料(硅/氧化镁/石墨烯复合负极材料)的成分及百分比为:娃:氧化镁:石墨烯的比例为23.4 wt%: 66.6 wt%:10wt%。具体制备方法如下:
(1)将粒径为I微米的SiO2与250目镁粉按照摩尔比1:2进行称量配比；
(2)将步骤(I)的混合料在氩气保护下球磨(球与混合物的质量比为15:1)混合12h(转速500转/分钟)均匀后，置于流动的Ar气氛中，以15°C /min的升温速率达到所需温度850°C，保温2小时；
(3)在95%Ar/ 5%H2保护下，以乙炔为碳源，将步骤(2)中制备的Si/MgO复合材料在温度850°C，保持系统压力1.013 X IO5 Pa的条件下，对Si/MgO复合材料进行催化化学气相沉积生长石墨烯，生长时间为50min，最终制得锂离子电池硅基复合负极材料(Si/MgO/石墨烯复合负极材料)的:娃:氧化镁:石墨烯的比例为23.4 wt%: 66.6 wt%:10wt%。实施例7:本实施例制得的锂离子电池硅基复合负极材料(硅/氧化镁/石墨烯复合负极材料)的成分及百分比为:硅:氧化镁:石墨烯的比例为37.1 wt%: 52.9 wt%:10wt%。具体制备方法如下:
(1)将粒径为I微米的SiO与250目镁粉按照摩尔比1:1进行称量配比；
(2)将步骤(I)的混合料在氩气保护下球磨(球与混合物的质量比为5:1)混合12h(转速300转/分钟)均匀后，置于流动的Ar气氛中，以20°C /min的升温速率达到所需温度500°C，保温6小时；
(3 )在95%Ar / 5%H2保护下，以乙烯为碳源，将步骤(2 )中制备的Si/MgO复合材料在温度850°C，保持系统压力1.013 X IO5 Pa的条件下，对Si/MgO复合材料进行催化化学气相沉积生长石墨烯，生长时间为60min，最终制得锂离子电池硅基复合负极材料(Si/MgO/石墨烯复合负极材料)的娃:氧化镁:石墨烯的比例为37.1 wt%: 52.9 wt%:10wt%。实施例8:本实施例制得的锂离子电池硅基复合负极材料(硅/氧化镁/石墨烯复合负极材料)的成分及百分比为:硅:氧化镁:石墨烯的比例为37.9 wt%: 54.1 wt%:8wt%。具体制备方法如下:
(1)将粒径为7微米的SiO与150目镁粉按照摩尔比1:1进行称量配比；
(2)将步骤(I)的混合料在氩气保护下球磨(球与混合物的质量比为5:1)混合15h(转速300转/分钟)均匀后，置于流动的Ar气氛中，以20°C /min的升温速率达到所需温度650°C，保温4小时；
(3 )在95%Ar / 5%H2保护下，以乙烯为碳源，将步骤(2 )中制备的Si/MgO复合材料在温度900°C，保持系统压力1.013 X IO5 Pa的条件下，对Si/MgO复合材料进行催化化学气相沉积生长石墨烯，生长时间为30min，最终制得锂离子电池硅基复合负极材料(Si/MgO/石墨烯复合负极材料)的娃:氧化镁:石墨烯的比例为37.9 wt%: 54.1 wt%:8wt%0实施例9:本实施例制得的锂离子电池硅基复合负极材料(硅/氧化镁/石墨烯复合负极材料)的成分及百分比为:硅:氧化镁:石墨烯的比例为39.9 wt%: 57.1 wt%:3wt%。具体制备方法如下:
(1)将粒径为10微米的SiO与100目镁粉按照摩尔比1:1进行称量配比；
(2)将步骤(I)的混合料在氩气保护下球磨(球与混合物的质量比为1:1)混合20h(转速100转/分钟)均匀后，置于流动的Ar气氛中，以20°C /min的升温速率达到所需温度700°C，保温3小时；
(3)在95%Ar/ 5%H2保护下，以乙炔为碳源，将步骤(2)中制备的Si/MgO复合材料在温度750°C，保持系统压力1.013 X IO5 Pa的条件下，对Si/MgO复合材料进行催化化学气相沉积生长石墨烯，生长时间为15min，最终制得锂离子电池硅基复合负极材料(Si/MgO/石墨烯复合负极材料)的娃:氧化镁:石墨烯的比例为39.9 wt%: 57.1 wt%:3wt%0实施例10:本实施例制得的锂离子电池硅基复合负极材料(硅/氧化镁/石墨烯复合负极材料)的成分及百分比为:硅:氧化镁:石墨烯的比例为37.9 wt%: 54.1 wt%:8wt%。具体制备方法如下:
(1)将粒径为10微米的SiO与100目镁粉按照摩尔比1:1进行称量配比；
(2)将步骤(I)的混合料在氩气保护下球磨(球与混合物的质量比为5:1)混合20h(转速100转/分钟)均匀后，置于流动的Ar气氛中，以20°C /min的升温速率达到所需温度700°C，保温3小时；
(3)在95%Ar/ 5%H2保护下，以环己烷为碳源，将步骤(2)中制备的Si/MgO复合材料在温度750°C，保持系统压力1.013 X IO5 Pa的条件下，对Si/MgO复合材料进行催化化学气相沉积生长石墨烯，生长时间为30min，最终制得锂离子电池硅基复合负极材料(Si/MgO/石墨烯复合负极材料)的娃:氧化镁:石墨烯的比例为37.9 wt%: 54.1 wt%:8wt%0实施例11:本实施例制得的锂离子电池硅基复合负极材料(硅/氧化镁/石墨烯复合负极材料)的成分及百分比为:硅:氧化镁:石墨烯的比例为37.9 wt%: 54.1 wt%:8wt%。具体制备方法如下:
(I)将粒径为10微米的SiO2与100目镁粉按照摩尔比1:2进行称量配比； (2)将步骤(I)的混合料与乙醇以2:1质量比球磨(球与混合物的质量比为5:1)混合IOh (转速500转/分钟)均匀后，置于流动的Ar气氛中，以1°C /min的升温速率达到所需温度600°C，保温5小时；
(3)在95%Ar/ 5%H2保护下，以环己烷为碳源，将步骤(2)中制备的Si/MgO复合材料在温度750°C，保持系统压力1.013 X IO5 Pa的条件下，对Si/MgO复合材料进行催化化学气相沉积生长石墨烯，生长时间为30min，最终制得锂离子电池硅基复合负极材料(Si/MgO/石墨烯复合负极材料)的娃:氧化镁:石墨烯的比例为37.9 wt%: 54.1 wt%:8wt%0实施例12:本实施例制得的锂离子电池硅基复合负极材料(硅/氧化镁/石墨烯复合负极材料)的成分及百分比为:娃:氧化镁:石墨烯的比例为25 wt%: 71 wt%:4wt%。具体制备方法如下:
(1)将粒径为15微米的SiO2与150目镁粉按照摩尔比1:2进行称量配比；
(2)将步骤(I)的混合料与乙醇以3.5:1质量比球磨(球与混合物的质量比为50:1)混合IOh (转速500转/分钟)均匀后，置于流动的Ar气氛中，以3°C /min的升温速率达到所需温度720°C，保温2.5小时；
(3 )在95%Ar / 5%H2保护下，以甲烷为碳源，将步骤(2 )中制备的Si/MgO复合材料在温度900°C，保持系统压力1.013 X IO5 Pa的条件下，对Si/MgO复合材料进行催化化学气相沉积生长石墨烯，生长时间为25min，最终制得锂离子电池硅基复合负极材料(Si/MgO/石墨烯复合负极材料)的娃:氧化镁:石墨烯的比例为25 wt%: 71 wt%:4wt%。实施例13:本实施例制得的锂离子电池硅基复合负极材料(硅/氧化镁/石墨烯复合负极材料)的成分及百分比为:硅:氧化镁:石墨烯的比例为24.5 wt%: 71.5 wt%:4wt%。具体制备方法如下:
(1)将粒径为0.2微米的SiO2与100目镁粉按照摩尔比1:2进行称量配比；
(2)将步骤(I)的混合料与乙醇以5:1质量比球磨(球与混合物的质量比为30:1)混合(转速600转/分钟)IOh均匀后，置于流动的Ar气氛中，以2V /min的升温速率达到所需温度600°C，保温5小时；
(3 )在95%Ar / 5%H2保护下，以甲烷为碳源，将步骤(2 )中制备的Si/MgO复合材料在温度950°C，保持系统压力1.013 X IO5 Pa的条件下，对Si/MgO复合材料进行催化化学气相沉积生长石墨烯，生长时间为25min，最终制得锂离子电池硅基复合负极材料(Si/MgO/石墨烯复合负极材料)的娃:氧化镁:石墨烯的比例为24.5 wt%: 71.5 wt%:4wt%。实施例14:本实施例制得的锂离子电池硅基复合负极材料(硅/氧化镁/石墨烯复合负极材料)的成分及百分比为:娃:氧化镁:石墨烯的比例为56 wt%: 40 wt%:4wt%。具体制备方法如下:
(1)将粒径为0.1微米的SiOa5与180目镁粉按照摩尔比1:0.5进行称量配比；
(2)将步骤(I)的混合料在氩气保护下球磨混(球与混合物的质量比为1:1)合0.5h(转速3000转/分钟)均匀后，置于流动的Ar气氛中，以10°C /min的升温速率达到所需温度450°C，保温6小时；
(3 )在95%Ar / 5%H2保护下，以甲烷为碳源，将步骤(2 )中制备的Si/MgO复合材料在温度950°C，保持系统压力1.013 X IO5 Pa的条件下，对Si/MgO复合材料进行催化化学气相沉积生长石墨烯，生长时间为25min，最终制得锂离子电池硅基复合负极材料(Si/MgO/石墨烯复合负极材料)的娃:氧化镁:石墨烯的比例为56 wt%: 40 wt%:4wt%。实施例15:本实施例制得的锂离子电池硅基复合负极材料(硅/氧化镁/石墨烯复合负极材料)的成分及百分比为:硅:氧化镁:石墨烯的比例为55.2 wt%: 42.8 wt%:2wt%。具体制备方法如下:
(1)将粒径为0.1微米的SiOa5与180目镁粉按照摩尔比1:0.5进行称量配比；
(2)将步骤(I)的混合料在氩气保护下球磨(球与混合物的质量比为4:1)混合6h(转速1000转/分钟)均匀后，置于流动的Ar气氛中，以10°C /min的升温速率达到所需温度450°C，保温6小时；
(3)在95%Ar/ 5%H2保护下，以乙炔为碳源，将步骤(2)中制备的Si/MgO复合材料在温度700°C，保持系统压力1.013 X IO5 Pa的条件下，对Si/MgO复合材料进行催化化学气相沉积生长石墨烯，生长时间为15min，最终制得锂离子电池硅基复合负极材料(Si/MgO/石墨烯复合负极材料)的娃:氧化镁:石墨烯的比例为55.2 wt%: 42.8 wt%:2wt%。实施例15:本实施例制得的锂离子电池硅基复合负极材料(硅/氧化镁/石墨烯复合负极材料)的成分及百分比为:硅:氧化镁:石墨烯的比例为51.3 wt%: 36.7 wt%:12wt%。具体制备方法如下:
(1)将粒径为0.3微米的SiOa5与200目镁粉按照摩尔比1:0.5进行称量配比；
(2)将步骤(I)的混合料在氩气保护下球磨(球与混合物的质量比为10:1)混合6h(转速1500转/分钟)均匀后，置于流动的Ar气氛中，以10°C /min的升温速率达到所需温度500°C，保温6小时；
(3 )在95%Ar / 5%H2保护下，以乙烯为碳源，将步骤(2 )中制备的Si/MgO复合材料在温度800°C，保持系统压力1.013 X IO5 Pa的条件下，对Si/MgO复合材料进行催化化学气相沉积生长石墨烯，生长时间为35min，最终制得锂离子电池硅基复合负极材料(Si/MgO/石墨烯复合负极材料)的娃:氧化镁:石墨烯的比例为51.3 wt%: 36.7 wt%:12wt%。
权利要求
1.一种锂离子电池硅基复合负极材料，其特征在于:锂离子电池硅基复合负极材料的成分及百分比为:硅23 56 wt%，氧化镁36.7 72.5 wt%，石墨烯2 12 wt%。
2.一种锂离子电池硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤包括如下: (1)将微米级、亚微米级或纳米级镁粉和硅的氧化物粉末进行称量配比，镁粉与硅的氧化物的加入量按照硅氧化物/镁的原子比例0.5 2:1计算混合； (2)在惰性气体保护的条件下，采用机械干混或湿混的方法，将步骤(I)的混合料按照球料比I 50:1，转速100 3000转/分钟、球磨时间0.5 20小时进行球磨混合，然后以I 30°C /min的升温速率达到所需温度450 900°C，保温1.5 10小时，制得Si/MgO复合材料； (3)在真空或惰性气保护下，将步骤(2)中制备的Si/MgO复合材料在温度700 IlOO0C，系统压力在1.013 X IO5 Pa的条件下，采用碳源对Si/MgO复合材料进行催化化学气相沉积生长石墨烯，生长时间为5 60min，最终制得锂离子电池硅基复合负极材料。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于:所述娃的氧化物是SiOx,其中x=0.5 2,粒径为5nm 18 μ m。
4.根据权利要求2所述的锂离子电池硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中的湿混是按照步骤(I)中混合料与乙醇的质量比1:2 5的比例加入乙醇。
5.根据权利要求2所述的锂离子电池硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中的惰性气氛为氮气或体积含量为Ar:1 y%，H2: y%的氢氩混和气，其中y=0 10。
6.根据权利要求2所述的锂离子电池硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于:所述的碳源气体是甲烷、乙炔、乙烯或环己烷。
7.根据权利要求2所述的锂离子电池硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于:所述碳源与Si/MgO复合材料进行催化化学气相沉积生长石墨烯的反应中，最终制得的复合材料的硅:氧化镁:石墨烯的比例为23 56 wt%:36.7 72.5 wt%:2 12 wt%。
全文摘要
本发明提供了一种锂离子电池硅基复合负极材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。制备的锂离子电池硅基复合负极材料的成分及百分比为硅氧化镁石墨烯的比例为23～56wt%:12.1～75.4wt%:2～12wt%。采用镁热还原法，利用镁粉作为还原剂还原硅的氧化物(SiOx，x=0.5-2)，制备硅/氧化镁复合材料，然后以附着于反应产物-硅的表面上的反应生成物-氧化镁为催化剂，采用碳源进行催化化学气相沉积生长石墨烯，制备硅/氧化镁/石墨烯复合负极材料。制得的硅基锂离子电池，硅的氧化物镁热还原后在内部生成的氧化镁可以缓解硅的体积效应，外部和内部生成的氧化镁起到催化剂作用，催化生长石墨烯，可以进一步缓解硅的体积效应，并能显著增强材料的导电性。
文档编号H01M4/38GK103151503SQ20121052700
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者刘树和, 赵淑春 申请人:昆明理工大学