[發(fā)明專利]石墨烯包覆硅顆粒的碳硅復(fù)合材料及其制備和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711157899.8
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN107959013A
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王曉紅;匡宣霖
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/485;H01M4/587;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11002
• 代理人: 王文君,王文紅

1.一種石墨烯包覆硅顆粒的碳硅復(fù)合材料，其特征在于，為片狀的還原氧化石墨烯和硅顆粒構(gòu)成，還原氧化石墨烯至少部分地包覆在硅顆粒外部，還原氧化石墨烯和硅顆粒之間具有空隙；所述硅顆粒的粒徑為30-50nm。

2.權(quán)利要求1所述的石墨烯包覆硅顆粒的碳硅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括步驟：

1)將粒徑為30-50nm的硅顆粒分散于溶劑中，加入氨水、硅源，在硅顆粒表面水解氧化生成二氧化硅層，所述硅源為雙(三乙氧基硅基)甲烷或正硅酸乙酯，

2)將步驟1)得到的復(fù)合顆粒溶液與氧化石墨烯水溶液混合，然后進(jìn)行冰凍，使溶劑完全凝結(jié)成冰。

3)在真空冷凍干燥機(jī)中，將材料進(jìn)行凍干，使溶劑凝結(jié)成的冰全部直接升華成水蒸氣，

4)在800-1000℃，氣體保護(hù)環(huán)境下對材料進(jìn)行高溫還原，將氧化石墨烯還原成還原氧化石墨烯；

5)高溫還原所得材料浸入刻蝕劑，將硅顆粒表層氧化的二氧化硅層刻蝕。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，將硅顆粒超聲分散于溶劑中，所述溶劑為50-80份有機(jī)溶劑與20份水的混合物，所述有機(jī)溶劑為乙醇、乙二醇、正丁醇、丙三醇、正己烷中的一種或二種。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述氨水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28％～30％，所述硅顆粒、溶劑、氨水、硅源的加入比例為300mg：(40-100)mL：(1-5)mL，1-3mL。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，硅源的加入方式為滴加，水解反應(yīng)的時間為10-15h，所述硅源為正硅酸乙酯。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，將步驟1)得到的復(fù)合顆粒溶液與氧化石墨烯水溶液混合的體積比例為5：(1-3)；所述氧化石墨烯水溶液的濃度為0.5-2mg/mL。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，冰凍的溫度為-5℃至-50℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求2-7任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中，步驟4)的高溫還原過程采取三段式升溫：從常溫-300℃，升溫速率為3±0.5℃/min，在300℃保持0.5h；從300-600℃，升溫速率為5±0.5℃/min，在600℃保持0.5h；從600-950℃，升溫速率為7.5±0.5℃/min，在850-950℃保持1h。

9.根據(jù)權(quán)利要求2-7任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟5)中，所述刻蝕劑為2-6wt％的HF、35-55wt％水、40-60wt％的乙醇組成的體系。

10.應(yīng)用權(quán)利要求1所述碳硅復(fù)合材料制備的鋰離子電池，其特征在于，所述碳硅復(fù)合材料作為電池的負(fù)極活性材料。