CN115036485A - 一种硅碳负极的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种硅碳负极的制造方法，包括以下步骤：将硅材料作为锂电池的负极材料，并令锂电池充电，使得锂离子补入至硅材料上，得到预补锂硅材料。将预补锂硅材料用石墨烯进行包覆，使得预补锂硅材料的外部形成外壳，得到外壳包覆预补锂硅材料。将外壳包覆预补锂硅材料作为锂电池的负极材料，并令锂电池放电，使得外壳包覆预补锂硅材料上的锂离子转移出去，清洗、干燥，得到外壳包覆硅材料。将外壳包覆硅材料与碳材料混合制成硅碳负极。本申请采用对硅材料进行包覆，控制硅材料的体积变化，使得硅材料在负极上获得了更好的应用效果。

Description

一种硅碳负极的制造方法
技术领域
本申请涉及化工制造领域，尤其涉及一种硅碳负极的制造方法。
背景技术
近年来二次能源得到了快速发展，在二次能源的负极材料中，硅负极尤其引人注目，因其比能量最高，资源储量丰富而倍加受人重视。但是由于硅材料本身的一些特性限制了硅的应用，硅材料在充电时，锂离子会嵌入到硅晶格中，造成体积膨胀，使晶格破碎，进而使负极整个材料表面崩塌，造成应用的困难。
发明内容
本申请提供一种硅碳负极的制造方法，能够使得硅材料在负极上获得更好的应用效果。
本申请提供了一种硅碳负极的制造方法，包括以下步骤：将硅材料作为锂电池的负极材料，并令锂电池充电，使得锂离子补入至硅材料上，得到预补锂硅材料。将预补锂硅材料用石墨烯进行包覆，使得预补锂硅材料的外部形成外壳，得到外壳包覆预补锂硅材料。将外壳包覆预补锂硅材料作为锂电池的负极材料，并令锂电池放电，使得外壳包覆预补锂硅材料上的锂离子转移出去，清洗、干燥，得到外壳包覆硅材料。将外壳包覆硅材料与碳材料混合制成硅碳负极。
进一步地，将预补锂硅材料用石墨烯进行包覆，包括：将石墨烯分散在溶剂中，得到石墨烯溶液。采用石墨烯溶液浸泡预补锂硅材料，取出预补锂硅材料，除去溶剂。
进一步地，将石墨烯分散在溶剂中后，将粘合剂分散在溶剂中。
进一步地，溶剂为油基溶剂时，粘合剂包括聚偏氟乙烯。
进一步地，溶剂为水基溶剂时，粘合剂包括乙基纤维素、丁基橡胶中的至少一种。
本申请提供了一种用于电池负极的外壳包覆硅材料的制造方法，包括以下步骤：将硅材料作为锂电池的负极材料，并令锂电池充电，使得锂离子补入至硅材料上，得到预补锂硅材料。将预补锂硅材料用石墨烯进行包覆，使得预补锂硅材料的外部形成外壳，得到外壳包覆预补锂硅材料。将外壳包覆预补锂硅材料作为锂电池的负极材料，并令锂电池放电，使得外壳包覆预补锂硅材料上的锂离子转移出去，清洗、干燥，得到外壳包覆硅材料。
进一步地，将预补锂硅材料用石墨烯进行包覆，包括：将石墨烯分散在溶剂中，得到石墨烯溶液。采用石墨烯溶液浸泡预补锂硅材料，取出预补锂硅材料，除去溶剂。
进一步地，将石墨烯分散在溶剂中后，将粘合剂分散在溶剂中。
进一步地，溶剂为油基溶剂时，粘合剂包括聚偏氟乙烯。
进一步地，溶剂为水基溶剂时，粘合剂包括乙基纤维素、丁基橡胶中的至少一种。
与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：
本申请采用对硅材料进行包覆，控制硅材料的体积变化，使得硅材料在负极上获得了更好的应用效果。
具体实施方式
下面将对本申请实施例中的技术方法进行清晰、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的实施例提供了一种硅碳负极的制造方法，包括以下步骤：
步骤一、将硅材料作为锂电池的负极材料，并令锂电池充电，使得锂离子补入至硅材料上，得到预补锂硅材料。
上述步骤中，锂离子补入至硅材料上后，硅材料体积增加到最大。
步骤二、将预补锂硅材料用石墨烯进行包覆，使得预补锂硅材料的外部形成外壳，得到外壳包覆预补锂硅材料。
上述步骤中，将预补锂硅材料用石墨烯进行包覆，可以为：将石墨烯分散在溶剂中，得到石墨烯溶液。采用石墨烯溶液浸泡预补锂硅材料，取出预补锂硅材料，除去溶剂。其中，将石墨烯分散在溶剂中后，可以将粘合剂分散在溶剂中。溶剂为油基溶剂时，粘合剂可以为聚偏氟乙烯。溶剂为水基溶剂时，粘合剂可以为乙基纤维素、丁基橡胶中的至少一种。可以通过干燥除去溶剂。
步骤三、将外壳包覆预补锂硅材料作为锂电池的负极材料，并令锂电池放电，使得外壳包覆预补锂硅材料上的锂离子转移出去，清洗、干燥，得到外壳包覆硅材料。
上述步骤中，外壳包覆预补锂硅材料的外壳在锂电池充电时，保持最大体积，在锂电池放电时，体积仍然不变，而由于锂离子的转移，外壳内部的预补锂硅材料还原成硅材料，体积变小，外壳内部所空出来的空间由电池的电解液填充。
步骤四、将外壳包覆硅材料与碳材料混合制成硅碳负极。
上述步骤中，外壳包覆硅材料与碳材料的比例不受限制，按照硅材料理想能量密度的90％计算，从纯碳材料制成的负极到纯外壳包覆硅材料制成的负极，比能量从350到3850mah.g。
通过上述设置，硅碳负极表面能够稳定，保证了电池的正常工作，且充放电循环次数超过20次。
本申请的实施例还提供了一种用于电池负极的外壳包覆硅材料的制造方法，包括以下步骤：
步骤一、将硅材料作为锂电池的负极材料，并令锂电池充电，使得锂离子补入至硅材料上，得到预补锂硅材料。
上述步骤中，锂离子补入至硅材料上后，硅材料体积增加到最大。
步骤二、将预补锂硅材料用石墨烯进行包覆，使得预补锂硅材料的外部形成外壳，得到外壳包覆预补锂硅材料。
上述步骤中，将预补锂硅材料用石墨烯进行包覆，可以为：将石墨烯分散在溶剂中，得到石墨烯溶液。采用石墨烯溶液浸泡预补锂硅材料，取出预补锂硅材料，除去溶剂。其中，将石墨烯分散在溶剂中后，可以将粘合剂分散在溶剂中。溶剂为油基溶剂时，粘合剂可以为聚偏氟乙烯。溶剂为水基溶剂时，粘合剂可以为乙基纤维素、丁基橡胶中的至少一种。可以通过干燥除去溶剂。
步骤三、将外壳包覆预补锂硅材料作为锂电池的负极材料，并令锂电池放电，使得外壳包覆预补锂硅材料上的锂离子转移出去，清洗、干燥，得到外壳包覆硅材料。
上述步骤中，外壳包覆预补锂硅材料的外壳在锂电池充电时，保持最大体积，在锂电池放电时，体积仍然不变，而由于锂离子的转移，外壳内部的预补锂硅材料还原成硅材料，体积变小，外壳内部所空出来的空间由电池的电解液填充。
通过上述设置，电池负极表面能够稳定，保证了电池的正常工作，且充放电循环次数超过20次。
以上显示和描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下，本申请还会有各种变化和改进，本申请要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种硅碳负极的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
将硅材料作为锂电池的负极材料，并令所述锂电池充电，使得锂离子补入至所述硅材料上，得到预补锂硅材料；
将所述预补锂硅材料用石墨烯进行包覆，使得所述预补锂硅材料的外部形成外壳，得到外壳包覆预补锂硅材料；
将所述外壳包覆预补锂硅材料作为所述锂电池的负极材料，并令所述锂电池放电，使得所述外壳包覆预补锂硅材料上的锂离子转移出去，清洗、干燥，得到外壳包覆硅材料；
将所述外壳包覆硅材料与碳材料混合制成硅碳负极。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，
将所述预补锂硅材料用石墨烯进行包覆，包括：
将石墨烯分散在溶剂中，得到石墨烯溶液；采用所述石墨烯溶液浸泡所述预补锂硅材料，取出所述预补锂硅材料，除去所述溶剂。
3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，
将石墨烯分散在溶剂中后，将粘合剂分散在溶剂中。
4.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，
所述溶剂为油基溶剂时，所述粘合剂包括聚偏氟乙烯。
5.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，
所述溶剂为水基溶剂时，所述粘合剂包括乙基纤维素、丁基橡胶中的至少一种。
6.一种用于电池负极的外壳包覆硅材料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
将硅材料作为锂电池的负极材料，并令所述锂电池充电，使得锂离子补入至所述硅材料上，得到预补锂硅材料；
将所述预补锂硅材料用石墨烯进行包覆，使得所述预补锂硅材料的外部形成外壳，得到外壳包覆预补锂硅材料；
将所述外壳包覆预补锂硅材料作为所述锂电池的负极材料，并令所述锂电池放电，使得所述外壳包覆预补锂硅材料上的锂离子转移出去，清洗、干燥，得到外壳包覆硅材料。
7.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，
将所述预补锂硅材料用石墨烯进行包覆，包括：
将石墨烯分散在溶剂中，得到石墨烯溶液；采用所述石墨烯溶液浸泡所述预补锂硅材料，取出所述预补锂硅材料，除去所述溶剂。
8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，
将石墨烯分散在溶剂中后，将粘合剂分散在溶剂中。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，
所述溶剂为油基溶剂时，所述粘合剂包括聚偏氟乙烯。
10.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，
所述溶剂为水基溶剂时，所述粘合剂包括乙基纤维素、丁基橡胶中的至少一种。
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