[發明專利]三維石墨烯/硅復合體系、其制備方法及應用

有效

• 申請號: 201610348681.X
• 申請日: 2016-05-24
• 公開（公告）號: CN107425180B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 劉立偉;李偉偉;曾奇;張慧濤;郭玉芬;李奇;陳明亮
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發明公開了一種三維石墨烯/硅復合體系、其制備方法及應用。所述制備方法可以包括：將過渡金屬單質和/或含過渡金屬元素的化合物與硅納米顆粒復合，之后在還原性氣氛中高溫還原，制得三維多孔金屬催化劑模板/硅復合體系，再利用化學氣相沉積法，在該復合體系上生長三維石墨烯，獲得帶有催化劑骨架的三維石墨烯/硅復合體系，之后進行刻蝕處理，獲得三維石墨烯/硅復合粉體。本發明的三維石墨烯/硅復合體系不僅體積效應小、電子電導率高、柔韌性強，還具有優異的導熱和力學性能，具有廣泛的應用前景，特別在應用于鋰離子電池負極材料時，能夠在保證電極容量的條件下，提高電池的循環壽命和穩定性，且其制備工藝簡單、效率高，適合大規模實施。

技術領域

本發明具體涉及一種三維石墨烯/硅復合體系、其制備方法及應用，屬于納米技術領域和新能源應用領域。

背景技術

硅材料因具有最高理論比容量(4200mAhg^-1)、適中的脫/嵌鋰電位(0.02～0.6Vvs.Li/Li⁺)、安全性高、成本低及環境友好等優點，成為極具應用前景的鋰離子電池負極材料之一。但是，硅負極依然存在一些問題，如體積效應巨大 (-320%)、電子電導率低(～2.5×10^-4 S·m^-1)等，從而限制了其應用。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種三維石墨烯/硅復合體系、其制備方法及應用，以克服現有技術中的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種三維石墨烯/硅復合體系的制備方法，其包括：

將過渡金屬單質和/或含過渡金屬元素的化合物與硅納米顆粒復合，之后在還原性氣氛中于400～1000℃進行高溫還原，制得三維多孔金屬催化劑模板/硅復合體系；

利用化學氣相沉積法，在所述三維多孔金屬催化劑模板/硅復合體系上生長三維石墨烯，獲得帶有催化劑骨架的三維石墨烯/硅復合體系；

對所述帶有催化劑骨架的三維石墨烯/硅復合體系進行刻蝕處理，獲得三維石墨烯/硅復合粉體。

本發明實施例提供了一種三維石墨烯/硅復合體系的制備方法，其包括：

將過渡金屬單質和/或含過渡金屬元素的化合物作為原料，并在還原性氣氛中于400～1000℃進行高溫還原，制得三維多孔金屬催化劑模板；

利用化學氣相沉積法，在所述三維多孔金屬催化劑模板上生長三維石墨烯，獲得帶有催化劑骨架的三維石墨烯；

對所述帶有催化劑骨架的三維石墨烯進行刻蝕處理，獲得三維石墨烯粉體；

將三維石墨烯粉體與硅納米顆粒復合，獲得三維石墨/硅復合粉體。

本發明實施例還提供了由前述任一種方法制備的三維石墨烯/硅復合體系。

本發明實施例還提供了所述三維石墨烯/硅復合體系的用途，例如制備鋰離子電池中的用途。

與現有技術相比，本發明的優點包括：

（1）本發明提供的一種三維石墨烯/硅復合體系不僅體積效應小、電子電導率高、柔韌性強，還具有優異的導熱和力學性能，具有廣泛的應用前景，特別在應用于鋰離子電池負極材料時，能夠在保證電極容量的條件下，提高電池的循環壽命和穩定性。

（2）本發明提供的一種三維石墨烯/硅復合體系的制備方法操作簡單、效率高，適合大規模實施。

附圖說明

圖1是本發明實施例2中三維石墨烯/硅復合體系的掃描電鏡圖。

圖2 是本發明實施例1-4中所制備的典型石墨烯/硅復合體系作為鋰離子電池負極的循環曲線圖。