(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 202211330588.8 (22)申请日 2022.10.28 (71)申请人 天津普兰能源科技有限公司 地址 300350 天津市津南区北闸口镇高营 路8号 (72)发明人 崔维国　费鹏扬　柳俊辰　姜志国　 (74)专利代理 机构 北京轻创知识产权代理有限 公司 11212 专利代理师 牟森 (51)Int.Cl. H01M 4/36(2006.01) H01M 4/38(2006.01) H01M 4/62(2006.01) H01M 10/0525(2010.01) C23C 14/06(2006.01)C23C 14/32(2006.01) (54)发明名称 一种石墨烯包覆的硅材料、 电弧制备方法及 其应用 (57)摘要 本发明涉及一种石墨烯包覆的硅材料、 电弧 制备方法及其应用， 涉及锂离子负极材料领域， 包括如下步骤： 步骤S1， 制备阴阳极： 将石墨粉压 成阴极； 将石墨粉、 硅基材料混合， 然后加入粘结 剂， 混合均匀， 压成阳极， 所述阳极中石墨粉、 硅 基材料与粘结剂的重量比例为 （1~4）： （0.1~ 2.6） ： （0.125~0.4） ； 步骤S2， 石墨烯原位包覆： 在 一定气氛和压强下， 通过在阴极和阳极间施加一 定电压， 让阴极和阳极两电极之间产生电弧放 电， 使得生成的石墨烯原位包覆阳极中的硅材 料， 得到石墨烯包覆的硅材料。 采用电弧法原位 生成石墨烯包覆硅材料， 生 成的石墨烯结晶性好 缺陷少， 并且具有 包覆完全、 用量少的优点。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115458729 A 2022.12.09 CN 115458729 A 1.一种石墨烯包覆的硅材 料的电弧制备 方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤S1， 制备阴阳极： 将石墨粉压成阴极； 将石 墨粉与硅基材料混合， 然后加入粘结剂， 混合均匀， 压成阳极， 所述阳极中石墨粉、 硅基材料与粘结剂的重量比例为 （1~4） ： （0.1~ 2.6） ： （0.125~0.4） ； 步骤S2， 石墨烯原位包覆： 向阴极和阳极间施加电压， 让阴极和阳极两电极之间产生电 弧放电， 使 得生成的石墨烯原 位包覆阳极中的硅基材料， 经过强碱洗涤， 得到石墨烯包覆的 硅负极材 料。 2.根据权利要求1所述一种 石墨烯包覆的硅材料的电弧制备方法， 其特征在于， 步骤S1 中所述阴极和所述阳极均压成棒状， 所述阳极中石墨粉、 硅基材料与粘结剂的重量比例为 （1~2） ： （0.3~1.3） ： （0.125~0.2） 。 3.根据权利要求1或2所述一种石墨烯包覆 的硅材料的 电弧制备方法， 其特征在于， 步 骤S1中所述阴极和阳极中的石墨粉为天然石墨、 人造石墨中的至少一种， 所述阴极和阳极 中的石墨粉的粒径D50为0.1~200 μm； 所述阳极中的硅基材料为硅粉、 二氧化硅粉末、 氧化亚 硅粉末中的一种或以上混合， 所述硅基材料的粒径D50为0.01~100 μm； 所述阳极中的粘 结剂 为酚醛树脂、 聚乙烯醇、 聚丙烯酸、 聚丙烯腈、 聚偏氟乙烯、 聚四氟乙烯中的一种或以上混 合。 4.根据权利要求1或2所述一种石墨烯包覆 的硅材料的 电弧制备方法， 其特征在于， 步 骤S1中所述阴极中的石墨粉为人造石墨， 所述阳极中的石墨粉为天然石墨， 所述阴极和阳 极中的石墨粉的粒径D50为1~100 μm； 所述硅基材料的粒径D50为0.1~10 μm； 所述阳极中的粘 结剂为酚醛树脂、 聚乙烯醇中的一种或以上。 5.根据权利要求1所述一种 石墨烯包覆的硅材料的电弧制备方法， 其特征在于， 步骤S2 中在气氛中 向在阴极和阳极 间施加电压， 所述气氛为氮气、 氩气、 氦气、 氮氢混合气、 氩氢混 合气或氦氢混合气， 所述气氛压强为3 50~750Torr。 6.根据权利要求5所述一种 石墨烯包覆的硅材料的电弧制备方法， 其特征在于， 步骤S2 中所述气氛为氦气或氦氢混合气， 所述气氛压强为5 00~600 Torr。 7.根据权利要求1所述一种 石墨烯包覆的硅材料的电弧制备方法， 其特征在于， 步骤S2 中所述阴极和阳极间施加的电压为5~50V。 8.根据权利要求7所述一种 石墨烯包覆的硅材料的电弧制备方法， 其特征在于， 步骤S2 中所述阴极和阳极间施加的电压为20~35V。 9.一种石墨烯包覆 的硅材料， 其特征在于， 由如权利要求1至8任一项所述的一种石墨 烯包覆的硅材 料的电弧制备 方法制得。 10.一种石墨烯包覆的硅材料的应用， 其特征在于， 如权利要求9所述的一种石墨烯包 覆的硅材 料作为锂离 子电池材 料。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115458729 A 2一种石墨烯包覆的硅材料、 电弧制备方 法及其应用 技术领域 [0001]本发明涉及锂离子负极材料领域， 具体涉及一种石墨烯包覆的硅材料、 电弧制 备 方法及其应用。 背景技术 [0002]目前， 市场上的锂离子电池因为低能量密度、 低功率密度、 低温性能差、 循环寿命 短及安全性能差等缺点严重阻碍着新能源汽车及储能产业的发展。 锂离子电池的这些不 足 常常因为其负极材料石墨， 石墨的理论比容量仅375mAh/g、 嵌锂电位接近锂 析出电位、 锂离 子的迁移速率低， 这就造成了以石墨为负极的锂离子电池不能满足新能源产业对高能量密 度、 高功率密度、 高安全性及长循环寿命的要求。 因此， 开发新的高比容量负极材料对促进 新能源产业的发展 有着深远的意 义。 [0003]硅因其地球储量丰富、 成本低廉、 比容量大而被认为是取代石墨负极的最佳材料。 硅与锂可以形成合金化合物LixSi (0<x≤4.4)， 最高理论比容量达4200mAh/g， 是商业化石 墨负极的11倍多， 并且硅的嵌锂电位高于锂的析出电位， 提高了在高倍率和低 温下充放电 的安全性。 然而， 硅材料在 锂离子电池负极方面的研究很多也很长时间了， 但是商业化的路 途依旧渺茫， 主要有两个原因。 第一， 硅材料在充放电过程中体积变化非常大 （＞300%） ， 造 成固液界面膜的持续破裂与再形成、 电解液分解、 导致活性物质容易粉化、 与集流体之 间电 接触恶化， 这是以硅材料为负极的锂离子电池容量衰减快、 循环性能差的根本原因。 第二， 硅材料是半导体， 导电性不如 石墨负极， 这限制了其倍率性能。 石墨烯是一种由碳原子组成 的二维单层纳米材料， 具有优异的机械性能、 电化学稳定性、 高导电性等优点， 是用来包覆 硅材料的最佳选择， 因此科学界和工业界常用石墨烯来包覆硅来解决其体积 变化大和导电 性差的缺 点。 [0004]目前常用的方法是将石墨烯和硅材料机械的混合， 存在包覆不完全和用量大的缺 点， 既不能彻底 解决硅材料的实际应用问题， 又增加了成本， 例如专利CN104916826A公开了 一种石墨烯包覆硅负极材料及其制备方法， 包括采用如下步骤： A、 制备氧化石墨烯悬浮液； B、 制备纳米硅颗粒悬浮液； C、 制备石墨烯包覆硅负极材料； 虽然该石墨烯包覆硅负极材料 初始比容量高， 但是循环 性能和倍率性能优良较差， 在0.01 ‑1.2V， 200mA/g电流密度下首次 放电比容量达到2746mAh/g， 经过50次循环后放电比容量保持在803.8mAh/g， 只保持了保持 原有容量的29.2％。 鉴于此， 为了解决石墨烯包覆硅材料存在的有毒有害的试剂用量大、 分 散性差、 包覆不完全的问题， 本发明提供一种石墨烯包覆的硅材料、 电弧制备方法及其应 用。 发明内容 [0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种石墨烯包覆的硅材料、 电弧制备方法及其 应用。 目的是提供一种 可原位完全包覆、 并提高硅负极材料导电性和循环性的电弧法制备 及石墨烯包覆的硅负极材 料。说　明　书 1/4 页 3 CN 115458729 A 3