本發(fā)明屬于儲能材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種硅碳負(fù)極材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池以其比能量大、工作電壓高、自放電率小、體積小、重量輕等優(yōu)勢，自其誕生以來，便給儲能領(lǐng)域帶來了革命性的變化，被廣泛應(yīng)用于各種便攜式電子設(shè)備和電動汽車中。然而隨著人們生活水平的提高，更高的用戶體驗對鋰離子電池提出了更高的要求：質(zhì)量更輕、使用時間更長等；為了解決上述問題必須尋找新的性能更加優(yōu)異的電極材料。
目前商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極材料主要為石墨，但因其理論容量僅為372mah·g-1，已不能滿足用戶的迫切需求；因此，更高比容量的負(fù)極材料的開發(fā)迫在眉睫。作為鋰離子電池負(fù)極材料，硅材料一直備受關(guān)注。其理論容量為4200mah·g-1，是已商業(yè)化的石墨容量的10倍以上，且具有低的嵌鋰電位、低原子重量、高能量密度、價格較便宜、環(huán)境友好等優(yōu)勢，因此是新一代高容量負(fù)極材料的最優(yōu)選擇之一。
但是由于硅材料本身導(dǎo)電性能差、且充放電過程中體積膨脹大而容易造成材料結(jié)構(gòu)破壞和機械粉碎，導(dǎo)致其循環(huán)性能衰減快，限制了其更廣泛的應(yīng)用。為了解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)主要有硅顆粒納米化、向硅基材料顆粒中加入具有優(yōu)良導(dǎo)電性能的石墨烯材料等等，用于提高硅基材料整體顆粒的導(dǎo)電性能，同時解決材料充放電過程中硅基材料機械粉碎等問題。
然而單純的石墨烯材料雖然具有獨特的柔性二維平面結(jié)構(gòu)，但時石墨烯片層之間作用力較弱，很難有效的限制住硅基材料在充放電過程中的體積變化，從而影響石墨烯的作用效果；同時二維片層石墨烯對離子傳輸具有阻礙作用，將影響硅基材料容量的發(fā)揮。
有鑒于此，確有必要提出一種硅碳負(fù)極材料及其制備方法，既可發(fā)揮出石墨烯的最大優(yōu)勢，又能有效的限制住硅基材料在充放電過程中的體積變換，還能改善材料的容量發(fā)揮。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供的一種硅碳負(fù)極材料，所述硅碳負(fù)極材料的顆粒直徑d1為1μm-200μm，所述硅碳負(fù)極材料為二次顆粒結(jié)構(gòu)，所述二次顆粒由一次顆粒及電子傳導(dǎo)組分組成，所述一次顆粒粒徑為d2，d2≤0.5d1；所述電子傳導(dǎo)組分中包括石墨烯片層，所述一次顆粒與所述石墨烯片層均勻分散；所述石墨烯片層之間存在強鍵合力；即能夠構(gòu)建具有柔韌性的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將硅基材料固定在該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，從而得到性能優(yōu)良的硅碳負(fù)極材料。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種硅碳負(fù)極材料，所述硅碳負(fù)極材料的顆粒直徑d1為1μm-200μm，顆粒粒徑過小，后續(xù)制備電極漿料時加工性能差，顆粒粒徑過大，硅碳負(fù)極的倍率性能差；所述硅碳負(fù)極材料為二次顆粒結(jié)構(gòu)，所述二次顆粒由一次顆粒及電子傳導(dǎo)組分組成，所述一次顆粒粒徑為d2，d2≤0.5d1，即二次顆粒至少由8個一次顆粒組成，從而確保二次顆粒具有更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；所述電子傳導(dǎo)組分中包括石墨烯片層，所述一次顆粒與所述石墨烯片層均勻分散；所述石墨烯片層之間存在強鍵合力；即能夠構(gòu)建具有柔韌性的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將硅基材料固定在該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，從而得到性能優(yōu)良的硅碳負(fù)極材料。
作為本發(fā)明硅碳負(fù)極材料的一種改進(jìn)，所述一次顆粒中含有含硅組分顆粒，還可以包括非含硅組分顆粒；所述一次顆粒均勻的分散于所述石墨烯片層表面，且兩者之間形成良好的電子通道；所述石墨烯片層厚度h1≤40nm；所述硅碳負(fù)極材料中，石墨烯組分的重量比例為x％，x％≤5％。
作為本發(fā)明硅碳負(fù)極材料的一種改進(jìn)，所述含硅組分為純硅、硅氧化物、硅基復(fù)合材料、改性硅基材料中的至少一種；所述非含硅組分顆粒包括天然石墨、人造石墨、中間相碳微球、軟碳、硬碳、石油焦、碳纖維、熱解樹脂碳、碳酸鋰、非硅合金負(fù)極材料中的至少一種；所述電子傳導(dǎo)組分中，還可以含有超級導(dǎo)電碳、乙炔黑、碳納米管、科琴黑、導(dǎo)電碳黑中的至少一種。
作為本發(fā)明硅碳負(fù)極材料的一種改進(jìn)，提供所述強鍵合力的鍵類別為氫鍵或/和化學(xué)鍵；所述石墨烯與非石墨烯電子傳導(dǎo)劑之間也可存在強鍵合力。
作為本發(fā)明硅碳負(fù)極材料的一種改進(jìn)，所述石墨烯為小片層石墨烯或/和多孔石墨烯；所述小片層石墨烯片層平面直徑d1，d1≤0.5d1；所述多孔石墨烯兩孔之間連續(xù)區(qū)域?qū)挾葹閐2，d1≤0.5d1。
本發(fā)明還包括一種硅碳負(fù)極材料的制備方法，主要包括如下步驟：
步驟1，前驅(qū)體制備：將官能化的電子傳導(dǎo)組分與一次顆?；旌暇鶆虻玫角膀?qū)體；
步驟2，將步驟1得到的前驅(qū)體進(jìn)行還原反應(yīng)，使得官能化的電子傳導(dǎo)組分之間相互交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時將一次顆粒固定于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之中；
步驟3，將步驟2得到的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)破碎(如研磨、機械剪切、超聲粉碎等)，同時控制破碎程度(根據(jù)所需要制備的二次顆粒粒徑來控制：二次顆粒粒徑越小，相應(yīng)破碎程度越大)，之后進(jìn)行處理得到二次顆粒前驅(qū)體；
步驟4，包覆、碳化得到成品二次顆粒；
作為本發(fā)明硅碳負(fù)極材料的制備方法的一種改進(jìn)，所述官能化電子傳導(dǎo)組分中的官能團(tuán)包括羧基、羥基、環(huán)氧基、羰基、硝基、氨基中的至少一種；所述官能團(tuán)質(zhì)量占電子傳導(dǎo)組分的質(zhì)量比為0.5～20％；所述一次顆粒經(jīng)過羥基化處理，使得顆粒表面含有羥基；步驟1所述混合過程為：將電子傳導(dǎo)組分、溶劑1、輔助組分1均勻混合；將一次顆粒、溶劑2、輔助組分2均勻混合；之后將兩種混合組分混合進(jìn)行進(jìn)一步的分散，得到得到電子傳導(dǎo)組分與一次顆粒均勻分布的前驅(qū)體。
作為本發(fā)明硅碳負(fù)極材料的制備方法的一種改進(jìn)，步驟2所述的還原反應(yīng)包括水熱反應(yīng)或/和加入還原劑進(jìn)行還原反應(yīng)；步驟3所述的處理過程為干燥或噴霧造球。
作為本發(fā)明硅碳負(fù)極材料的制備方法的一種改進(jìn)，將電子傳導(dǎo)組分、溶劑1、輔助組分1均勻混合；將一次顆粒、溶劑2、輔助組分2均勻混合；之后將兩種混合組分混合進(jìn)行進(jìn)一步的分散，得到得到電子傳導(dǎo)組分與一次顆粒均勻分布的前驅(qū)體。混合方式包括捏合、球磨、沙磨、高壓均質(zhì)等手段；捏合即添加少量溶劑進(jìn)行慢攪，可以改善分散效果的同時減小溶劑用量，從而降低造球過程中溶劑揮發(fā)時的能耗；所述溶劑1選自水、醇類、酮類、烷類、酯類、芳香類、n-甲基吡咯烷酮、二甲基酰胺、二乙基甲酰胺、二甲基亞砜和四氫呋喃中的至少一種；所述輔助組分1選自離子型表面活性劑為陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑中至少一種；所述陰離子表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、油酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉或琥珀酸二異辛酯磺酸鈉。所述陽離子表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基二甲基烯丙基氯化銨或聚丙烯酰胺；所述兩性離子表面活性劑為十二烷基二甲基甜菜堿、椰油酰胺丙基甜菜堿或十二烷基氨基二丙酸鈉中的至少一種；所述溶劑2選自水、醇類、酮類、烷類、酯類、芳香類、n-甲基吡咯烷酮、二甲基酰胺、二乙基甲酰胺、二甲基亞砜和四氫呋喃中的至少一種；所述輔助組分2乙烯基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-巰基丙基三甲氧基硅烷、γ-氰基丙基三甲氧基硅烷、γ-縮水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷、β-(3，4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷以及γ-脲基丙基三甲氧基硅烷中的至少一種。
作為本發(fā)明硅碳負(fù)極材料的制備方法的一種改進(jìn)，步驟3所述的處理過程，為噴霧干燥；步驟4所述的包覆，為包覆不定型碳層；所述包覆層包括酚醛樹脂、密胺樹脂、過氯乙烯、瀝青、聚乙烯、硬脂酸、pvc、聚丙烯腈、天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、乙丙橡膠、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯中的至少一種。
本發(fā)明的優(yōu)點在于：
1.配制前驅(qū)體時，使用官能團(tuán)化的電子傳導(dǎo)組分和羥基化一次顆粒，將有效的改善兩種組分與溶劑的相容性，得到混合更加均勻的前驅(qū)體；
2.配制前驅(qū)體時具體操作工藝時，先分別配制電子傳導(dǎo)組分和一次顆粒組分，可以充分的將具有納米結(jié)構(gòu)的電子傳導(dǎo)組分及一次顆粒分包覆上輔助組分后散于溶劑中，得到混合更加均勻的前驅(qū)體；
3.在確保導(dǎo)電劑組分與一次顆粒之間均勻分散后，可以最大化的發(fā)揮導(dǎo)電組分的導(dǎo)電效果，從而降低石墨烯組分的用量(即石墨烯含量不高于5％)，減小石墨烯片層平面二維結(jié)構(gòu)對離子傳輸?shù)淖璧K作用；
4.使用小片層石墨烯(片層平面直徑d1，d1≤0.5d1)或/和多孔石墨烯(兩孔之間連續(xù)區(qū)域?qū)挾葹閐2，d1≤0.5d1)構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，可以形成多孔的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最小化導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對離子傳輸?shù)淖璧K作用；
5.電子傳導(dǎo)組分之間具有強鍵合力，而石墨烯片層又具有柔韌性，可以形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的柔韌性的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，對于固定分散于該網(wǎng)絡(luò)中的硅基負(fù)極材料在充放電過程中的體積變化具有優(yōu)良的效果，使得制得的硅碳材料具有優(yōu)良的循環(huán)性能；
6.控制干燥過程，可以得到結(jié)構(gòu)非常致密的二次顆粒前驅(qū)體，從而得到體積能量密度更高的硅碳負(fù)極材料。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明及其有益效果進(jìn)行詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
比較例1，制備顆粒直徑為10μm的硅碳負(fù)極材料；
步驟1，前驅(qū)體制備：選擇粒徑為100nm的硅顆粒，片層厚度為3nm、片層平面直徑為10μm的石墨烯片層為導(dǎo)電劑組分(硅顆粒與石墨烯之間的質(zhì)量比為94:6)，n,n-二甲基吡咯烷酮為溶劑，充分?jǐn)嚢?，得到前?qū)體漿料；由于石墨烯片層與納米硅顆粒之間尺寸差距較大，石墨烯很容易包覆于納米硅表面，且兩者之間分散難度大；
步驟2，采用噴霧干燥法，將步驟1得到的前驅(qū)體造粒，控制造粒條件，得到顆粒直徑為10μm的硅碳負(fù)極核材料；
步驟3，以瀝青為碳源，對步驟2得到的硅碳負(fù)極核材料進(jìn)行表面包覆、之后碳化得到成品硅碳負(fù)極材料；
實施例1，與比較例1不同之處在于，本實施例包括如下步驟：
步驟1，選擇粒徑為100nm的硅顆粒，片層厚度為3nm、片層平面直徑為0.1μm的官能化石墨烯片層為電子傳導(dǎo)組分(硅顆粒與石墨烯之間的質(zhì)量比為99:1)；官能團(tuán)(包括羥基、羧基及羰基)含量為整個電子傳導(dǎo)組分質(zhì)量的0.5％，與溶劑混合均勻后得到前驅(qū)體；
步驟2，通過水熱反應(yīng)，使得含有官能團(tuán)的電子傳導(dǎo)組分的石墨烯分子之間發(fā)生交聯(lián)、形成強的鍵合力，完成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)搭建，同時將一次顆粒固定在搭建的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中；在通過機械剪切(攪拌)，得到顆粒度較小的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中包覆有一次顆粒的結(jié)構(gòu)；
再進(jìn)行比較例中步驟2、步驟3的過程；
其它與比較例1的相同，這里不再重復(fù)。
實施例2，與實施例1不同之處在于，本實施例包括如下步驟：
步驟1，選擇粒徑為100nm的硅顆粒，片層厚度為3nm、片層平面直徑為0.1μm的官能化石墨烯片層為電子傳導(dǎo)組分(硅顆粒與石墨烯之間的質(zhì)量比為99:1)；官能團(tuán)(包括羥基、羧基及羰基)含量為整個電子傳導(dǎo)組分質(zhì)量的1％，與溶劑混合均勻后得到前驅(qū)體；
其它與實施例1的相同，這里不再重復(fù)。
實施例3，與實施例1不同之處在于，本實施例包括如下步驟：
步驟1，選擇粒徑為100nm的硅顆粒，片層厚度為3nm、片層平面直徑為0.1μm的官能化石墨烯片層為電子傳導(dǎo)組分(硅顆粒與石墨烯之間的質(zhì)量比為99:1)；官能團(tuán)(包括羥基、羧基及羰基)含量為整個電子傳導(dǎo)組分質(zhì)量的2％，與溶劑混合均勻后得到前驅(qū)體；
其它與實施例1的相同，這里不再重復(fù)。
實施例4，與實施例1不同之處在于，本實施例包括如下步驟：
步驟1，選擇粒徑為100nm的硅顆粒，片層厚度為3nm、片層平面直徑為0.1μm的官能化石墨烯片層為電子傳導(dǎo)組分(硅顆粒與石墨烯之間的質(zhì)量比為99:1)；官能團(tuán)(包括羥基、羧基及羰基)含量為整個電子傳導(dǎo)組分質(zhì)量的5％，與溶劑混合均勻后得到前驅(qū)體；
其它與實施例1的相同，這里不再重復(fù)。
實施例5，與實施例1不同之處在于，本實施例包括如下步驟：
步驟1，選擇粒徑為100nm的硅顆粒，片層厚度為3nm、片層平面直徑為0.1μm的官能化石墨烯片層為電子傳導(dǎo)組分(硅顆粒與石墨烯之間的質(zhì)量比為99:1)；官能團(tuán)(包括羥基、羧基及羰基)含量為整個電子傳導(dǎo)組分質(zhì)量的10％，與溶劑混合均勻后得到前驅(qū)體；
其它與實施例1的相同，這里不再重復(fù)。
實施例6，與實施例1不同之處在于，本實施例包括如下步驟：
步驟1，選擇粒徑為100nm的硅顆粒，片層厚度為3nm、片層平面直徑為0.1μm的官能化石墨烯片層為電子傳導(dǎo)組分(硅顆粒與石墨烯之間的質(zhì)量比為99:1)；官能團(tuán)(包括羥基、羧基及羰基)含量為整個電子傳導(dǎo)組分質(zhì)量的20％，與溶劑混合均勻后得到前驅(qū)體；
其它與實施例1的相同，這里不再重復(fù)。
實施例7，與實施例4不同之處在于，本實施例包括如下步驟：
步驟1，選擇粒徑為100nm的硅顆粒，片層厚度為3nm、片層平面直徑為5μm的官能化石墨烯片層為電子傳導(dǎo)組分(硅顆粒與石墨烯之間的質(zhì)量比為99:1)；官能團(tuán)(包括羥基、羧基及羰基)含量為整個電子傳導(dǎo)組分質(zhì)量的5％，與溶劑混合均勻后得到前驅(qū)體；
其它與實施例4的相同，這里不再重復(fù)。
實施例8，與實施例4不同之處在于，本實施例括包如下步驟：
步驟1，選擇粒徑為100nm的硅顆粒，片層厚度為3nm、兩孔間連續(xù)區(qū)域?qū)挾葹?μm的官能化多孔石墨烯片層為電子傳導(dǎo)組分(硅顆粒與石墨烯之間的質(zhì)量比為99:1)；官能團(tuán)含量為整個電子傳導(dǎo)組分質(zhì)量的5％，與溶劑混合均勻后得到前驅(qū)體；
其它與實施例4的相同，這里不再重復(fù)。
實施例9，與實施例4不同之處在于，本實施例括包如下步驟：
顆粒直徑為100μm的硅碳負(fù)極材料；
步驟1，選擇粒徑為1000nm的硅顆粒，片層厚度為100nm、片層平面直徑為500nm、官能團(tuán)含量為5％的改性石墨烯片層為導(dǎo)電劑組分(硅顆粒與石墨烯之間的質(zhì)量比為95:5)；
其它與實施例4的相同，這里不再重復(fù)。
實施例10，與實施例4不同之處在于，本實施例括包如下步驟：
顆粒直徑為1μm的硅碳負(fù)極材料；
步驟1，選擇粒徑為500nm的硅顆粒，片層厚度為5nm、片層平面直徑為500nm、官能團(tuán)含量為5％的石墨烯片層為導(dǎo)電劑組分(硅顆粒與石墨烯之間的質(zhì)量比為97:3)；
其它與實施例4的相同，這里不再重復(fù)。
實施例11，制備顆粒直徑為12μm的硅碳負(fù)極材料；
步驟1，前驅(qū)體制備：選擇粒徑為200nm的羥基化硅顆粒，片層厚度為1nm、片層平面直徑為0.1μm、官能團(tuán)含量5％的官能團(tuán)化石墨烯片層為導(dǎo)電劑組分(硅顆粒與石墨烯之間的質(zhì)量比為99.6：0.4)；將硅烷偶聯(lián)劑、硅顆?；旌?，之后加入少量n,n-二甲基吡咯烷酮溶液進(jìn)行捏合，得到納米硅均勻分散的漿料；將石墨烯、pvp混合，之后加入少量n,n-二甲基吡咯烷酮溶液進(jìn)行捏合，得到石墨烯均勻分散的漿料；將兩種漿料均勻混合攪拌，得到石墨烯與納米硅顆粒均勻混合的前驅(qū)體；
步驟2，向步驟1得到的前驅(qū)體里加入還原劑，進(jìn)行還原交聯(lián)反應(yīng)，使得含有官能團(tuán)的電子傳導(dǎo)組分的石墨烯分子之間發(fā)生交聯(lián)、形成強的鍵合力，完成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)搭建，同時將一次顆粒固定在搭建的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中；
步驟3，采用噴霧干燥法，將步驟2得到的前驅(qū)體造粒，控制造粒條件，得到顆粒直徑為12μm的硅碳負(fù)極核材料；
步驟4，以酚醛樹脂為碳源，對步驟2得到的硅碳負(fù)極核材料進(jìn)行表面包覆、之后碳化得到成品硅碳負(fù)極材料(碳化過程中將硅烷偶聯(lián)劑、pvp均碳化得到無定型碳)；
實施例12，與實施例11不同之處在于，本實施例括包如下步驟：
制備顆粒直徑為12μm的硅碳負(fù)極材料；
前驅(qū)體制備：選擇粒徑為200nm的氧化亞硅、人造石墨混合顆粒作為一次顆粒，其中氧化亞硅含量為10％；片層厚度為1nm、片層平面直徑為0.1μm、官能團(tuán)含量為5％的官能團(tuán)化石墨烯片層、超級導(dǎo)電碳為導(dǎo)電劑組分，其中石墨烯的含量為20％，(一次顆粒與電子傳導(dǎo)組分的質(zhì)量比為99：1)；將硅烷偶聯(lián)劑、硅顆粒混合，之后加入少量n,n-二甲基吡咯烷酮溶液進(jìn)行捏合，得到納米硅均勻分散的漿料；將石墨烯、pvp混合，之后加入少量n,n-二甲基吡咯烷酮溶液進(jìn)行捏合，得到石墨烯均勻分散的漿料；將兩種漿料均勻混合攪拌，得到石墨烯與納米硅顆粒均勻混合的前驅(qū)體；
其它與實施例11的相同，這里不再重復(fù)。
電池組裝：將比較例、實施例1-實施例10制備得到的硅碳負(fù)極材料與導(dǎo)電劑、粘接劑、溶劑攪拌得到電極漿料，之后涂敷在集流體上形成負(fù)極電極；將負(fù)極電極與正極電極(鈷酸鋰為活性物質(zhì))、隔離膜組裝得到裸電芯，之后入袋進(jìn)行頂側(cè)封、干燥、注液、靜置、化成、整形、除氣得到成品電池。
材料性能測試：
克容量測試：在25℃環(huán)境中按如下流程對各實施例和比較例硅碳材料制備得到的電芯進(jìn)行克容量測試：靜置3min；0.2c恒流充電至4.2v，4.2v恒壓充電至0.05c；靜置3min；0.2c恒流放電至3.0v，得到放電容量d1；靜置3min；0.2c恒流放電至3.85v；靜置3min之后完成容量測試，d1除以負(fù)極電極片中硅碳材料的重量，即得到負(fù)極克容量，所得結(jié)果見表1。
倍率性能測試：在25℃環(huán)境中按如下流程對各實施例和比較例硅碳材料制備得到的電芯進(jìn)行倍率性能測試：靜置3min；0.2c恒流充電至4.2v，4.2v恒壓充電至0.05c；靜置3min；0.2c恒流放電至3.0v，得到放電容量d1；靜置3min；0.2c恒流充電至4.2v，4.2v恒壓充電至0.05c；靜置3min；2c恒流放電至3.0v，得到放電容量d21；靜置3min；之后完成倍率性能測試，電池倍率性能＝d2/d1*100％,所得結(jié)果見表1。
循環(huán)測試:在25℃環(huán)境中按如下流程對各實施例和比較例硅碳材料制備得到的電芯進(jìn)行循環(huán)測試：靜置3min；0.2c恒流充電至4.2v，4.2v恒壓充電至0.05c；靜置3min；0.2c恒流放電至3.0v，得到放電容量d1；靜置3min，“0.2c恒流充電至4.2v，4.2v恒壓充電至0.05c；靜置3min；0.2c恒流放電至3.0v，得到放電容量di；靜置3min”重復(fù)299次得到d300，之后完成循環(huán)測試，計算容量保持率為d300/d1*100％，所得結(jié)果見表1。
表1、不同硅碳負(fù)極材料制備得到的電芯克容量、循環(huán)容量保持率及倍率性能
由表1可得，本發(fā)明制備的硅碳負(fù)極材料，具有更加優(yōu)秀的電化學(xué)性能：即更高的克容量、更好的循環(huán)容量保持率以及更高的倍率性能。具體的，對比比較例與實施例1-實施例6可得，隨著官能化石墨烯表面官能團(tuán)含量的逐漸增加，硅碳材料的克容量先增加后降低，循環(huán)衰減性能先增加，之后穩(wěn)定在77％左右，倍率性能先維持不變，之后迅速降低，當(dāng)官能團(tuán)含量為5％時，材料具有最佳的性能；這是因為官能團(tuán)含量過低，形成的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作用力較弱，無法最大化的限制材料的體積膨脹；而當(dāng)官能團(tuán)含量過高，交聯(lián)點過多，形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)離子阻礙作用強，影響材料的性能發(fā)揮。對比實施例4、7、8可得，選擇小尺寸或多孔官能團(tuán)化石墨烯構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以得到性能更加優(yōu)良的硅碳負(fù)極材料。由各實施例可得，本發(fā)明具有普適性，適合各種硅碳負(fù)極材料及其制備方法。
根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還能夠?qū)ι鲜鰧嵤┓绞竭M(jìn)行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，凡是本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的基礎(chǔ)上所作出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。