[發(fā)明專利]一種硅碳復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811604176.2
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN111370656B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發(fā)明（設計）人: 李祥龍;張興豪;智林杰
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

1.一種硅碳復合材料，其特征在于，所述硅碳復合材料包括由上至下相疊的第一二維碳納米材料層、二維硅納米材料層和第二二維碳納米材料層；

所述硅碳復合材料中硅的重量百分含量為30-99％；

所述二維硅納米材料層的短邊邊長與厚度的比值為1-1000；

所述第一二維碳納米材料和第二二維碳納米材料為氧化石墨烯或還原氧化石墨烯；

所述二維硅納米材料層表面修飾有碳化和/或變性的分散劑；

所述分散劑包括葡萄糖、蔗糖、果糖、麥芽糖、殼聚糖、檸檬酸、尿素、抗壞血酸、淀粉、蛋白質、明膠、阿拉伯膠、海藻酸鹽、纖維素、酚醛樹脂、聚偏二氟乙烯、聚氨基酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚碳酯、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸樹脂、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乳酸或聚苯乙烯中的任意一種或至少兩種的組合；

所述硅碳復合材料由如下制備方法制備得到：

通過化學組裝法將第一二維碳納米材料和第二二維碳納米材料分別組裝于二維硅納米材料層的上下層面，得到所述硅碳復合材料；所述化學組裝法的熱處理通氣速度為80-500sccm，升溫速度為1-50℃/min，保溫溫度為300-1200℃，保溫時間為5-600min。

2.如權利要求1所述的硅碳復合材料，其特征在于，所述硅碳復合材料中硅的重量百分含量為50-80％。

3.如權利要求1所述的硅碳復合材料，其特征在于，所述二維硅納米材料層的厚度為0.5-1000nm。

4.如權利要求1所述的硅碳復合材料，其特征在于，所述二維硅納米材料層的厚度為10-50nm。

5.如權利要求1所述的硅碳復合材料，其特征在于，所述二維硅納米材料層的短邊邊長與厚度的比值為10-100。

6.如權利要求1所述硅碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法為：

通過化學組裝法將第一二維碳納米材料和第二二維碳納米材料分別組裝于二維硅納米材料層的上下層面，得到所述硅碳復合材料；所述化學組裝法的熱處理通氣速度為80-500sccm，升溫速度為1-50℃/min，保溫溫度為300-1200℃，保溫時間為5-600min。

7.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述二維硅納米材料是由鎂熱還原法、化學氧化剝離法或物理氣相沉積法制備得到的。

8.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述化學組裝法的的氣氛條件包括氮氣、氬氣、氫氣、氦氣或二氧化碳中的任意一種或至少兩種的組合。

9.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述化學組裝法的氣氛條件為氫氣和氬氣的混合氣體。

10.如權利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述混合氣體中氫氣的體積分數(shù)為5％-95％。

11.一種電池負極材料，其特征在于，所述電池負極材料包括如權利要求1所述的硅碳復合材料。

12.如權利要求11所述的電池負極材料，其特征在于，所述硅碳復合材料的質量不低于電池負極材料總質量的1％。

13.一種電化學儲能器件，其特征在于，所述電化學儲能器件包括如權利要求1所述的硅碳復合材料。

14.如權利要求13所述的電化學儲能器件，其特征在于，所述電化學儲能器件為鋰離子電池。