(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211331245.3 (22)申请日 2022.10.28 (71)申请人 宁夏大学 地址 750021 宁夏回族自治区银川市西夏 区贺兰山西路489号 (72)发明人 王海龙　王哲　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 专利代理师 黄明光 (51)Int.Cl. H01M 4/36(2006.01) H01M 4/48(2010.01) H01M 4/587(2010.01) B82Y 40/00(2011.01) B82Y 30/00(2011.01) H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 一种纳米二氧化硅/石墨烯高密度复合的硅 碳负极材 料及其制备方法和应用 (57)摘要 本发明提供了一种纳米二氧化硅/石墨烯高 密度复合的硅碳负极材料及其制备方法和应用， 属于负极材料技术领域， 本发明首先对二氧化硅 进行氨基化， 然后通过有机酸缩合反应连接形成 微米级二次颗粒， 加强整体的电子运输， 且在煅 烧过程中有机酸形成碳层包裹， 提高负极材料导 电性， 并能抑制负极材料的体积膨胀， 通过静电 作用在最外层包裹石墨烯片层且氧化石墨烯的 羧基能够像 “触手”进入颗粒间与二氧化硅表面 氨基反应形成共价键， 使结构更加稳定， 也为电 子传输提供了新的通道， 提高锂电池的循环稳定 性及高负载量下锂电池的容 量。 权利要求书1页 说明书7页 附图5页 CN 115548319 A 2022.12.30 CN 115548319 A 1.一种纳米二氧化硅 /石墨烯高密度复合的硅碳负极材 料的制备 方法， 包括以下步骤： (1)将表面活性剂、 水、 氨水、 硅源和氨基化试剂混合， 进行氨基化反应， 得到氨基化二 氧化硅； (2)将所述步骤(1)得到的氨基化二氧化硅与水、 有机酸水溶液和氧化石 墨烯水溶液混 合， 进行缩合反应， 得到前驱体； (3)将所述步骤(2)得到的前驱体进行煅烧， 得到纳米二氧化硅/石墨烯高密度复合的 硅碳负极材 料。 2.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 所述步骤(1)中硅源和氨基化试剂的 体积比为1： (0.2 ～4.5)。 3.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 所述步骤(1)中表面活性剂的质量与 硅源的体积比为(0.1～0.3)g： 1mL。 4.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 所述步骤(1)中氨水和硅源的体积比 为(4～5)： 1。 5.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 所述步骤(2)中氨基化二氧化硅与有 机酸水溶液中有机酸的质量比为(0.1～0.3)： 1。 6.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 所述步骤(2)中氨基化二氧化硅与氧 化石墨烯水 溶液中氧化石墨烯的质量比为(4～6)： 1。 7.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 所述步骤(3)中煅烧的温度为800～ 1000℃。 8.根据权利要求1或7所述的制备方法， 其特征在于， 所述步骤(3)中煅烧的时间为3～ 5h。 9.权利要求1～8任意一项所述制备方法制备的纳米二氧化硅/石墨烯高密度复合的硅 碳负极材 料。 10.权利要求9所述的纳米二氧化硅/石墨烯高密度复合的硅碳负极材料在锂离子电池 中的应用。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115548319 A 2一种纳米二氧化硅/石墨烯高密 度复合的硅碳负极材料及其 制备方法和应用 技术领域 [0001]本发明涉及负极材料技术领域， 尤其涉及一种纳米二氧化硅/石墨烯高密度复合 的硅碳负极材 料及其制备 方法和应用。 背景技术 [0002]化石能源的过度使用对地球环境造成了严重的破坏， 倡导绿色低碳的生产生活方 式， 开发太阳能、 风能等一系列新能源迫在眉睫， 但这些能源仅局限于几种直接使用的方 式， 更多的是需要将其转换成其他形式并储存以供我们随时随地使用， 所以便捷式的新型 储能器件如锂离 子电池、 钠离 子电池和锌离 子电池等登上历史舞台。 [0003]目前工业上采用石墨作为锂离子电池的负极材料， 其理论比容量为  372mAh·g‑1。 近期兴起的硅基负极材料具有超高的理论比容量  (1965～4200mAh ·g‑1)， 同时还具有较低 的电化学嵌锂电位、 地壳中储量丰富、 环境友好的优点， 被视为新一代高性能锂电池负极材 料的首选。 但是该材料在锂离子合金化和去合金化的过程中会发生严重的体积膨胀导致容 量急剧衰减， 从而限制了其应用。 已有 人通过对硅基材料进 行N等掺杂以改善其体积膨胀带 来的严重后果， 但是其改善效果一般， 且仅局限在活性物质负载量少的情况下， 仍不能达到 石墨商业 化的基础水平。 [0004]因此， 如何进一步提高硅基材料的电化学性能， 尤其是在高负载情况下的电化学 性能成为现有技 术的难题。 发明内容 [0005]本发明的目的在于提供一种纳米二氧化硅/石墨烯高密度复合的硅碳负极材料及 其制备方法和应用。 本发明制备 的负极材料具有优异的循环稳定性， 且高负载量下仍具有 较高的面积容 量， 远超商业 化石墨(3mAh ·cm‑2)。 [0006]为了实现上述发明目的， 本发明提供以下技 术方案： [0007]本发明提供了一种纳米二氧化硅/石墨烯高密度复合的硅碳负极材料的制备方 法， 包括以下步骤： [0008](1)将表面活性剂、 水、 氨水、 硅源和氨基化试剂混合， 进行氨基化反应， 得到氨基 化二氧化硅； [0009](2)将所述步骤(1)得到的氨基化二氧化硅与水、 有机酸水溶液和氧化石墨烯水溶 液混合， 进行缩合反应， 得到前驱体； [0010](3)将所述步骤(2)得到的前驱体进行煅烧， 得到纳米二氧化硅/石墨烯高密度 复 合的硅碳负极材 料。 [0011]优选地， 所述 步骤(1)中硅源和氨基化试剂的体积比为1： (0.2 ～4.5)。 [0012]优选地， 所述 步骤(1)中表面活性剂的质量与硅源的体积比为(0.1～0.3)  g： 1mL。 [0013]优选地， 所述 步骤(1)中氨水和硅源的体积比为(4～5)： 1。说　明　书 1/7 页 3 CN 115548319 A 3