技术领域
[0001] 本
发明涉及
锂离子电池负极材料技术领域，尤其涉及一种全固态锂离子电池硅负极材料及其制备方法。
背景技术
[0002] 锂离子电池作为新一代二次电池，近年来在电动
汽车、储能
电网、消费类
电子产品等领域具有广泛的应用。传统的商用锂离子电池所用的负极材料主要为
石墨类，其理论
比容量只有372mAh/g，无法满足当前对高
能量密度存储设备的需求。硅作为锂离子电池负极材料的一种，被认为是最具潜
力的高比容量负极材料之一。4200mAh/g的高比容量使得硅有望替代石墨成为新一代的负极材料。
[0003] 目前研究者们主要通过表面包覆处理、或者硅颗粒纳米化来缓解或者减小硅的体积变化，避免硅材料的颗粒粉化和固体
电解质
界面膜的反复生长。然而，硅作为负极材料在充放电过程中，存在严重的体积变化问题，这种巨大的体积变化极易导致
电极片上的硅负极材料发生粉化、涂层脱落现象，影响材料的循环使用寿命，同时，由于硅的
半导体性质，其
导电性也较差，体现为较差的
倍率性能，存在首次库伦效率低，不可逆容量大的问题，无法满足使用需求。因此，对于锂离子电池实际应用，硅负极材料还面临着巨大的挑战，尤其对于当下颇具前景的全固态锂离子电池，问题更甚。
发明内容
[0004] 本发明旨在解决
现有技术的不足，而提供一种全固态锂离子电池硅负极材料及其制备方法。
[0005] 本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：
[0006] 一种全固态锂离子电池硅负极材料，包括负极材料
内核和包覆层，其特征在于，所述负极材料内核位于所述包覆层的内部，所述负极材料内核为纳米硅，所述包覆层为与固态
电解质具有良好兼容性的
石墨烯。
[0007] 一种全固态锂离子电池硅负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008] (1)将改性石墨烯和分散剂加入去离子
水超声处理制备石墨烯分散液；
[0009] (2)将纸
纤维加入去离子水中分散得到纸纤维悬浊液；
[0010] (3)将步骤(1)中的石墨烯分散液与步骤(2)中的纸纤维悬浊液混匀制备石墨烯导电纸；
[0011] (4)将石墨烯与油性分散剂混合制备石墨烯油性分散液；
[0012] (5)将纳米硅与石墨烯油性分散液混合制备纳米硅-石墨烯悬浮浆料，并涂覆在石墨烯导电纸上，得到全固态锂离子电池硅负极材料。
[0013] 作为优选，所述步骤(1)中所述改性石墨烯是以天然石墨为原料，复合锂离子电池固态电解质，通过物理剥离法制备得到，所述分散剂采用海藻酸钠。
[0014] 作为优选，所述步骤(1)中所述的石墨烯分散液超声处理时间为1-10小时，所述步骤(1)中改性石墨烯、分散剂和去离子水的
质量比为1:0.01-0.2:100。
[0015] 作为优选，所述步骤(2)中所述纸纤维悬浊液的制备条件为5000-10000r/min高速剪切分散1-8小时，所述步骤(2)中纸纤维和去离子水的质量比为1:100-400。
[0016] 作为优选，所述步骤(3)中所述石墨烯导电纸中石墨烯与纸纤维的质量比为1:0.5-1。
[0017] 作为优选，所述步骤(4)所述的石墨烯油性分散液中，石墨烯与油性分散剂的质量比为5:0.1-1，所述油性分散剂采用N-甲基吡咯烷
酮、N，N-二甲基甲酰胺和异丙醇中的任意一种。
[0018] 作为优选，所述步骤(5)中所述的纳米硅-石墨烯悬浮浆料在石墨烯导电纸上的涂覆厚度为50-200μm，所述步骤(5)中纳米硅与石墨烯油性分散液的的质量比为1:1-4。
[0019] 上述所制备的硅负极材料在离子电池负极材料的应用。
[0020] 本发明的有益效果是：本发明提供的一种全固态锂离子电池硅负极材料，采用与固态电解质具有良好兼容性的石墨烯包覆层，既有利于缓解与固态电解质
接触的活性物质的体积变化，又可以改善首次库伦效率低，不可逆容量大的问题，满足了使用需求，通过提供的一种全固态锂离子电池硅负极材料的制备方法，该方法工艺条件简单，制备条件可控，适合进行规模化生产开发。
具体实施方式
[0021] 下面结合
实施例对本发明作进一步说明：
[0022] 一种全固态锂离子电池硅负极材料，包括负极材料内核和包覆层，其特征在于，所述负极材料内核位于所述包覆层的内部，所述负极材料内核为纳米硅，所述包覆层为与固态电解质具有良好兼容性的石墨烯。
[0023] 一种全固态锂离子电池硅负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0024] (1)将改性石墨烯和分散剂加入去离子水超声处理制备石墨烯分散液；
[0025] (2)将纸纤维加入去离子水中分散得到纸纤维悬浊液；
[0026] (3)将步骤(1)中的石墨烯分散液与步骤(2)中的纸纤维悬浊液混匀制备石墨烯导电纸；
[0027] (4)将石墨烯与油性分散剂混合制备石墨烯油性分散液；
[0028] (5)将纳米硅与石墨烯油性分散液混合制备纳米硅-石墨烯悬浮浆料，并涂覆在石墨烯导电纸上，得到全固态锂离子电池硅负极材料。
[0029] 作为优选，所述步骤(1)中所述改性石墨烯是以天然石墨为原料，复合锂离子电池固态电解质，通过物理剥离法制备得到，所述分散剂采用海藻酸钠。
[0030] 作为优选，所述步骤(1)中所述的石墨烯分散液超声处理时间为1-10小时，所述步骤(1)中改性石墨烯、分散剂和去离子水的质量比为1:0.01-0.2:100。
[0031] 作为优选，所述步骤(2)中所述纸纤维悬浊液的制备条件为5000-10000r/min高速剪切分散1-8小时，所述步骤(2)中纸纤维和去离子水的质量比为1:100-400。
[0032] 作为优选，所述步骤(3)中所述石墨烯导电纸中石墨烯与纸纤维的质量比为1:0.5-1。
[0033] 作为优选，所述步骤(4)所述的石墨烯油性分散液中，石墨烯与油性分散剂的质量比为5:0.1-1，所述油性分散剂采用N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺和异丙醇中的任意一种。
[0034] 作为优选，所述步骤(5)中所述的纳米硅-石墨烯悬浮浆料在石墨烯导电纸上的涂覆厚度为50-200μm，所述步骤(5)中纳米硅与石墨烯油性分散液的的质量比为1:1-4。
[0035] 上述所制备的硅负极材料在离子电池负极材料的应用。
[0036] 实施例1
[0037] 一种全固态锂离子电池硅负极材料，包括负极材料内核和包覆层，所述负极材料内核位于所述包覆层的内部，所述负极材料内核为纳米硅，所述包覆层为与固态电解质具有良好兼容性的石墨烯。
[0038] 一种全固态锂离子电池硅负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0039] (1)将0.5g改性石墨烯和0.005g海藻酸钠加入50g去离子水超声处理，石墨烯分散液超声处理时间为1小时，制备石墨烯分散液；
[0040] (2)将0.5g纸纤维加入50g去离子水中分散得到纸纤维悬浊液，纸纤维悬浊液的制备条件为5000r/min高速剪切分散8小时；
[0041] (3)将步骤(1)中的石墨烯分散液与步骤(2)中的纸纤维悬浊液混匀制备石墨烯导电纸；
[0042] (4)将0.5g石墨烯与0.01gN-甲基吡咯烷酮混合制备石墨烯油性分散液；
[0043] (5)将0.5g纳米硅与0.5g石墨烯油性分散液混合制备纳米硅-石墨烯悬浮浆料，并涂覆在石墨烯导电纸上，纳米硅-石墨烯悬浮浆料在石墨烯导电纸上的涂覆厚度为50μm，得到全固态锂离子电池硅负极材料。
[0044] 所述步骤(1)中所述改性石墨烯是以天然石墨为原料，复合锂离子电池固态电解质，通过物理剥离法制备得到。
[0045] 上述所制备的硅负极材料在离子电池负极材料的应用。
[0046] 实施例2
[0047] 一种全固态锂离子电池硅负极材料，包括负极材料内核和包覆层，所述负极材料内核位于所述包覆层的内部，所述负极材料内核为纳米硅，所述包覆层为与固态电解质具有良好兼容性的石墨烯。
[0048] 一种全固态锂离子电池硅负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0049] (1)将0.5g改性石墨烯和0.1g海藻酸钠加入50g去离子水超声处理制备石墨烯分散液，石墨烯分散液超声处理时间为10小时；
[0050] (2)将0.5g纸纤维加入200g去离子水中分散得到纸纤维悬浊液，纸纤维悬浊液的制备条件为10000r/min高速剪切分散1小时；
[0051] (3)将步骤(1)中的石墨烯分散液与步骤(2)中的纸纤维悬浊液混匀制备石墨烯导电纸；
[0052] (4)将1g石墨烯与0.2gN，N-二甲基甲酰胺混合制备石墨烯油性分散液；
[0053] (5)将0.5g纳米硅与2g石墨烯油性分散液混合制备纳米硅-石墨烯悬浮浆料，并涂覆在石墨烯导电纸上，纳米硅-石墨烯悬浮浆料在石墨烯导电纸上的涂覆厚度为200μm，得到全固态锂离子电池硅负极材料。
[0054] 所述步骤(1)中所述改性石墨烯是以天然石墨为原料，复合锂离子电池固态电解质，通过物理剥离法制备得到。
[0055] 上述所制备的硅负极材料在离子电池负极材料的应用。
[0056] 实施例3
[0057] 一种全固态锂离子电池硅负极材料，包括负极材料内核和包覆层，所述负极材料内核位于所述包覆层的内部，所述负极材料内核为纳米硅，所述包覆层为与固态电解质具有良好兼容性的石墨烯。
[0058] 一种全固态锂离子电池硅负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0059] (1)将2g改性石墨烯和0.2g海藻酸钠加入200g去离子水超声处理制备石墨烯分散液，石墨烯分散液超声处理时间为5小时；
[0060] (2)将2g纸纤维加入600g去离子水中分散得到纸纤维悬浊液，纸纤维悬浊液的制备条件为8000r/min高速剪切分散4小时；
[0061] (3)将步骤(1)中的石墨烯分散液与步骤(2)中的纸纤维悬浊液混匀制备石墨烯导电纸；
[0062] (4)将3g石墨烯与2.4g异丙醇混合制备石墨烯油性分散液；
[0063] (5)将2g纳米硅与6g石墨烯油性分散液混合制备纳米硅-石墨烯悬浮浆料，并涂覆在石墨烯导电纸上，纳米硅-石墨烯悬浮浆料在石墨烯导电纸上的涂覆厚度为100μm，得到全固态锂离子电池硅负极材料。
[0064] 所述步骤(1)中所述改性石墨烯是以天然石墨为原料，复合锂离子电池固态电解质，通过物理剥离法制备得到。
[0065] 上述所制备的硅负极材料在离子电池负极材料的应用。
[0066] 上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
