[發明專利]一種新型結構石墨烯包覆硅納米顆粒及其制備方法

在審

• 申請號: 201710097153.6
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106887569A
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 童磊;余德馨;鄭安華;杜輝玉;鄭遠輝
• 申請（專利權）人: 上海杉杉科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 上海宣宜專利代理事務所(普通合伙)31288
• 代理人: 劉君

1.一種新型結構石墨烯包覆硅納米顆粒，其特征在于：由包覆于外層的還原氧化石墨烯/碳殼、位于還原氧化石墨烯/碳殼內的硅納米顆粒核，以及還原氧化石墨烯/碳殼與硅納米顆粒核之間的空腔層組成。

2.如權利要求1所述的一種新型結構石墨烯包覆硅納米顆粒的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一、表面氧化：將硅粉置入高溫爐中，在含氧氣氛條件下，以300-1000℃保溫0.5-20.0h，制得氧含量為8wt％-57wt％的硅粉；

步驟二、制備硅粉溶液：將上述高溫氧化處理后的硅粉加入到分散劑中并超聲分散得硅粉溶液；所述的硅粉在分散劑中的濃度為0.1-10.0mg/ml；所述的分散劑采用水或無水乙醇或二者任意體積比的混合溶液；

步驟三、表面修飾：在上述硅粉溶液中加入修飾劑，并恒溫攪拌1-24h得混合溶液；所述的恒溫的溫度為20-80℃，所述的修飾劑的質量為硅質量的25％～100％；

步驟四、制備分散液：將攪拌后的混合溶液真空抽濾后，洗去未修飾的修飾劑，然后將抽濾物分散到水中，制得濃度為0.5-10.0mg/ml的分散液；

步驟五、GO包覆：取硅粉質量20％-100％的氧化石墨烯溶液滴加至步驟四中的分散液中，攪拌1.0-24.0h，離心收集沉淀產物并真空干燥；所述的氧化石墨烯溶液濃度為0.5-2.0mg/ml；

步驟六、還原碳化：將干燥產物置入高溫爐中，在惰性氣氛下升溫至700-900℃，保溫1.0-3.0h，得到石墨烯包覆的硅復合材料；

步驟七、HF刻蝕：將得到石墨烯包覆的硅復合材料加入濃度為5wt％的稀氫氟酸溶液中，充分反應后洗滌干燥，即得到具有新型結構的石墨烯包覆硅納米顆粒復合材料；所述的稀氫氟酸溶液中氫氟酸的量為硅粉質量的20％-143％。

3.如權利要求2所述的新型結構石墨烯包覆硅納米顆粒的制備方法，其特征在于：所述的硅粉是通過球磨獲得的，球磨時間4.0-48.0h，制得粒徑為0.05-50.0um的硅粉。

4.如權利要求2所述的新型結構石墨烯包覆硅納米顆粒的制備方法，其特征在于：含氧氣氛為壓縮空氣、合成空氣、氧氣、水蒸氣中的一種或是幾種的混合。

5.如權利要求2所述的新型結構石墨烯包覆硅納米顆粒的制備方法，其特征在于：所述的修飾劑為含有氨基的高分子有機物包含但不僅限于聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯磺酸鈉、聚二烯丙基二甲基氯化銨中的一種或幾種。

6.如權利要求2所述的新型結構石墨烯包覆硅納米顆粒的制備方法，其特征在于：所述的修飾劑為含有氨基的硅烷偶聯劑，所述的含有氨基的硅烷偶聯劑為γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、氨乙基氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷或多氨基烷基三烷氧基硅烷中的一種。

7.如權利要求2所述的新型結構石墨烯包覆硅納米顆粒的制備方法，其特征在于：所述的分散液的濃度為0.5-2.0mg/ml。

8.如權利要求2所述的新型結構石墨烯包覆硅納米顆粒的制備方法，其特征在于：所述氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯采用Hummers法、Brodie法或Staudenmaie法制得。

9.如權利要求2～8任一項所述的新型結構石墨烯包覆硅納米顆粒的制備方法，其特征在于：所述氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯的片層尺寸為0.1-20.0um。

10.如權利要求2～8任一項所述的新型結構石墨烯包覆硅納米顆粒的制備方法，其特征在于：所述氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯的片層尺寸為0.5-5.0um。