湿法刻蚀Si02表面嵌入石墨颗粒后包覆方法与流程

本发明属于电化学，尤其是湿法刻蚀si02表面嵌入石墨颗粒后包覆方法。

背景技术：

1、随着科技和社会的发展，人们对可移动设备的需求日趋旺盛。作为可移动设备电源的主要形式，锂离子电池的发展备受关注。锂离子电池目前的能量密度、功率密度、循环寿命等都有待进一步提高，而成本需要进一步降低。

2、目前锂电池负极材料应用最广泛的还是石墨，但是其理论容量偏低只有372mah/g，难以满足高能量密度的需求。通过改进电池工艺是前期提升能量密度的主要手段，但现阶段已经也难以发挥显著作用。硅具有已知最高的理论容量 (4200mah/g)，能量密度完全可以满足未来一段时间对电池能量密度超过 300wh/kg的要求，被认为是新一代锂电池负极材料，受到了材料界和产业界的广泛关注与研究；并且硅的理化/脱锂电压低于合金类负极材料，硅材料价格较低，硅基材料理论比容量高于石墨负极，在锂的嵌入脱出过程中能提供较多的通道，有利于提升锂电池快充性能。

3、因此，本申请提出湿法刻蚀si02表面嵌入石墨颗粒后包覆方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出湿法刻蚀si02表面嵌入石墨颗粒后包覆方法，本方法除炭化步骤外无需高温加热设备，在搅拌状态下，用甲基丙烯酸甲酯聚合后将硅球与石墨粉团聚在一起，使石墨粉紧密包覆在硅球表面，同时硅球带正电荷，对石墨粉（负电荷），有电荷吸附效应，最后将沥青与石墨-硅球均匀混合，经过炭化后包覆在石墨-硅球表面，修饰表面形貌。

2、为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、湿法刻蚀si02表面嵌入石墨颗粒后包覆方法，包括以下材料：硅球、石墨粉、沥青、硅烷偶联剂（aptes）、hf酸（sio2表面刻蚀剂）、浓盐酸（催化剂）、十二烷基三甲基溴化铵（dtab）（乳化剂）、偶氮二异丁腈（aibn，引发剂，经重结晶提纯后使用）、甲基丙烯酸甲酯、无水乙醇。

4、进一步的，包覆方法包括如下步骤：

5、s1：将石墨粉过350目超声波筛后加入到500ml的去离子水中，放入超声分散仪中进行分散进行分散30min；

6、s2：硅球表面刻蚀：取hf酸滴入500ml烧瓶的去离子水中，搅拌均匀，将硅球缓慢倒入烧瓶，将烧瓶置于40℃的恒温水浴中，不断搅拌反应15min；

7、s3：将烧瓶取出，将内容物倒入抽滤装置，后置于干燥箱中45℃干燥2h；

8、s4：将干燥后的硅球，经研钵轻微分散，过350目超声波筛后加入到200ml的无水乙醇中，放入超声分散仪中进行分散30min；

9、s5：在s4中加入dtab溶液中混合均匀，滴加3~5ml质量分数为37％的浓盐酸，室温下进行搅拌反应2.5ｈ；将其置于70℃的恒温油浴中反应30min；后匀速滴加含有0.5~4mlmma和0.025~0.05g引发剂aibn的混合溶液，滴加结束后，反应在密闭条件下恒温反应3h；

10、s6：将aptes和无水乙醇配置成溶液后加入到硅球分散液中，将整个烧瓶放入50℃恒温水浴中搅拌反应6h，搅拌至30min时将s5步骤溶液滴加到烧瓶中；

11、s7：将烧瓶取出，将内容物倒入抽滤装置，去离子水和乙醇交替冲洗三次，后置于干燥箱中45℃干燥6h；

12、s8：将沥青过350目超声波筛后加入到500ml的去离子水中，放入超声分散仪中进行分散30min；

13、s9：将干燥后的石墨-硅球，经研钵轻微分散，过350目超声波筛后加入到200ml的无水乙醇中，放入超声分散仪中进行分散30min后加入沥青分散液，继续分散30min；

14、s10：将烧瓶取出，将内容物倒入抽滤装置，后置于干燥箱中室温干燥12h；将干燥后的石墨-沥青-硅球，经研钵轻微分散，放入石墨坩埚中加盖，置于马弗炉250℃炭化3h，反应结束后关闭马弗炉，使坩埚在马弗炉内冷却至室温后取出。

15、进一步的，硅球粒径7~8μm；石墨粉粒径3~4μm；沥青软化点200~205℃，粒径3.0±1.0μm；浓盐酸质量分数为37％；甲基丙烯酸甲酯质量分数为５％的naoh溶液碱洗,水洗并干燥除水后使用。

16、进一步的，在步骤s5中，dtab溶液的制备方法为：称取dtab3.65g溶于250ml的蒸馏水中制备而得。

17、进一步的，在步骤s6中，aptes：无水乙醇的体积比=1:600。

18、其中，使用到的仪器搅拌器，350目超声波筛，恒温水浴，抽滤装置，干燥箱，马弗炉，超声分散仪，三口烧瓶，研钵均为现有市场上所购买。

19、本发明至少具有以下有益效果之一：

20、本方法除炭化步骤外无需高温加热设备，在搅拌状态下，用甲基丙烯酸甲酯聚合后将硅球与石墨粉团聚在一起，使石墨粉紧密包覆在硅球表面，同时硅球带正电荷，对石墨粉（负电荷），有电荷吸附效应，最后将沥青与石墨-硅球均匀混合，经过炭化后包覆在石墨-硅球表面，修饰表面形貌，在锂的嵌入脱出过程中能提供较多的通道，有利于提升锂电池快充性能。

1.湿法刻蚀si02表面嵌入石墨颗粒后包覆方法，其特征在于：包括以下材料：硅球、石墨粉、沥青、硅烷偶联剂、hf酸、浓盐酸、十二烷基三甲基溴化铵、偶氮二异丁腈、甲基丙烯酸甲酯、无水乙醇。

2.根据权利要求1所述的湿法刻蚀si02表面嵌入石墨颗粒后包覆方法，其特征在于：包覆方法包括如下步骤：

3.根据权利要求1或2所述的湿法刻蚀si02表面嵌入石墨颗粒后包覆方法，其特征在于：硅球粒径7~8μm；石墨粉粒径3~4μm；沥青软化点200~205℃，粒径3.0±1.0μm；浓盐酸质量分数为37％；甲基丙烯酸甲酯质量分数为５％的naoh溶液碱洗,水洗并干燥除水后使用。

4.根据权利要求1所述的湿法刻蚀si02表面嵌入石墨颗粒后包覆方法，其特征在于：在步骤s5中，dtab溶液的制备方法为：称取dtab3.65g溶于250ml的蒸馏水中制备而得。

5.根据权利要求1所述的湿法刻蚀si02表面嵌入石墨颗粒后包覆方法，其特征在于：在步骤s6中，aptes：无水乙醇的体积比=1:600。