[發(fā)明專利]硅/石墨烯復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110421436.4
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102496719A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭玉國;周小四;殷雅俠
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院化學(xué)研究所
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/38;H01M4/134;H01M10/0525
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 關(guān)暢

1.一種制備硅/石墨烯復(fù)合材料的方法，包括如下步驟：

1)將硅源和氧化石墨于水中超聲混勻后進行冷凍干燥，得到冷凍干燥的粉末；

2)將所述步驟1)所得冷凍干燥的粉末于非氧化性氣氛下進行還原反應(yīng)，反應(yīng)完畢得到所述硅/石墨烯復(fù)合材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟1)中，所述硅源選自硅納米顆粒、硅納米線和硅量子點中的至少一種；所述硅源和氧化石墨的質(zhì)量比為0.2-10∶1，具體為4∶1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一所述的方法，其特征在于：所述步驟1)中，由所述硅源、所述氧化石墨和所述水組成的混合液中，所述硅源的質(zhì)量百分濃度為0.04％-10％；所述氧化石墨的質(zhì)量百分濃度為0.01％-2％；

所述超聲混勻步驟中，時間為0.1-30小時，具體為0.1-0.5小時，超聲功率為40kHz。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的方法，其特征在于：所述步驟2)所述還原反應(yīng)步驟中，還原反應(yīng)溫度為300-1000℃，具體為600-700℃，時間為1-30小時，具體為1-3小時；由室溫升至所述還原反應(yīng)溫度的速率和由所述還原劑反應(yīng)溫度降至室溫的速率均為1-30℃/min，具體為2-10℃/min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的方法，其特征在于：所述步驟2)中，所述非氧化性氣氛中的氣體為下述氣體中的至少一種：氮氣、氬氣、氫氣、氦氣和二氧化碳。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于：所述制備硅/石墨烯復(fù)合材料的方法，還包括如下步驟：在所述還原反應(yīng)步驟之后，將所得產(chǎn)物進行刻蝕；所述刻蝕步驟中，刻蝕劑為氫氟酸的水溶液或氫氧化鈉的水溶液；所述氫氟酸的水溶液的質(zhì)量百分濃度為1-40％，具體為2-10％，時間為0.1-20小時，具體為0.5-1小時；所述氫氧化鈉的水溶液的質(zhì)量百分濃度為1-5M，具體為1-2M，時間為0.1-20小時，具體為0.5-1小時。

7.權(quán)利要求1-6任一所述方法制備得到的硅/石墨烯復(fù)合材料。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硅/石墨烯復(fù)合材料，其特征在于：所述硅/石墨烯復(fù)合材料的表觀形態(tài)為顆粒，內(nèi)部為孔結(jié)構(gòu)；所述顆粒的粒徑為1微米至20微米，具體為1微米至10微米。

9.權(quán)利要求7或8所述硅/石墨烯復(fù)合材料作為電池或電極材料的應(yīng)用；

含有權(quán)利要求7或8所述硅/石墨烯復(fù)合材料的能量存儲元件或便攜式電子設(shè)備。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于：所述電池為鋰離子電池；所述電極材料為負極材料；所述能量存儲原件為鋰離子電池；所述便攜式電子設(shè)備為照相機、攝像機、MP3、MP4、移動電話或筆記本電腦。