石墨烯增强硅‑碳复合材料及其制备方法和用途.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106784765A(43)申请公布日2017.05.31(21)申请号201611158064.X(22)申请日2016.12.15(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人吴孟强李肖辉巩峰秦金刚汪东霞刘文龙(74)专利代理机构成都点睛专利代理事务所(普通合伙)51232代理人敖欢葛启函(51)Int.Cl.H01M4/38(2006.01)H01M4/62(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图5页(54)发明名称石墨烯增强硅-碳复合材料及其制备方法和用途(57)摘要本发明提供一种石墨烯增强硅-碳复合材料、制备方法以及其作为锂离子电池负极材料的用途，材料包括硅基底、中间碳层、石墨烯层；制备方法包括步骤：选取微米硅或纳米硅或多孔硅的粉末进行预处理后待用；将预处理后的硅粉和中间碳层的碳源加入去离子水混合搅拌然后烘干、捣碎、煅烧，将上述粉末和氧化石墨烯加入去离子水混合然后超声搅拌混合均匀，倒入高压反应釜中水热反应、冷冻干燥，即得到石墨烯增强硅-碳复合材料；本发明使锂离子电池的循环性能、倍率性能、充放电容量等都得到了最大的优化，所述复合材料作为锂离子电池负极，既充分保留了硅材料大比容，又极大改善了硅的循环稳定性。CN106784765ACN106784765A权利要求书1/1页1.一种石墨烯增强硅-碳复合材料，其特征在于包括：硅基底、硅基底上的中间碳层、中间碳层外面的石墨烯层。2.根据权利要求1所述的石墨烯增强硅-碳复合材料，其特征在于：所述硅基底为1-3um的微米硅、或50-100nm的纳米硅、或多孔硅，所述多孔硅为孔洞大小为10nm～30nm的微米多孔硅或者孔洞大小为0.5nm～2nm的纳米多孔硅。3.根据权利要求1所述的石墨烯增强硅-碳复合材料，其特征在于：所述中间碳层的碳源选自葡萄糖、蔗糖、石墨、聚偏氟乙烯其中的一种。4.权利要求1至3任意一项所述的石墨烯增强硅-碳复合材料作为锂离子电池负极材料的用途。5.权利要求1至3任意一项所述的石墨烯增强硅-碳复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)选取上述微米硅或纳米硅或多孔硅的粉末进行预处理去除表面的氧化层后待用；(2)将上述预处理后的硅粉和中间碳层的碳源加入去离子水混合搅拌，所述中间碳层的碳源与硅粉的质量比为(1:10)～(3:5)，然后烘干、捣碎、煅烧，得到内部为硅粉外部包覆中间碳层的粉末；(3)将上述包覆中间碳层的粉末和氧化石墨烯加入去离子水混合，包覆中间碳层的粉末与氧化石墨烯的质量比为(5:1)-(20:1)，然后超声搅拌混合均匀，倒入高压反应釜中水热反应、冷冻干燥，即得到石墨烯增强硅-碳复合材料。6.根据权利要求5所述的石墨烯增强硅-碳复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中的中间碳层的碳源与硅粉的质量比为1:5。7.根据权利要求5所述的石墨烯增强硅-碳复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中包覆中间碳层的粉末与氧化石墨烯的质量比为10:1。8.根据权利要求5所述的石墨烯增强硅-碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述中间碳层的碳源若为葡萄糖，步骤(2)中煅烧时的温度为600℃，煅烧时间为6h；若中间碳层的碳源为聚偏氟乙烯，步骤(2)中煅烧时的温度为500℃，煅烧时间为4h。9.根据权利要求5所述的石墨烯增强硅-碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中在高压反应釜水热反应时将超声搅拌后的混合物倒入高压反应釜中，放入烘箱进行反应，烘箱的温度为180℃、烘箱内的反应时间为12h。10.根据权利要求5所述的石墨烯增强硅-碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的冷冻干燥进一步为：水热反应后生成气凝胶或者水凝胶，之后将其移入低温设备使凝胶冻结备用，凝胶冻结之后，放入冷冻干燥机进行冷冻干燥，干燥的温度设定为-50℃。2CN106784765A说明书1/5页石墨烯增强硅-碳复合材料及其制备方法和用途技术领域[0001]本发明涉及锂离子电池负极材料领域，具体是一种石墨烯增强硅-碳复合材料及其制备方法和用途。背景技术[0002]从300多年前伏打电堆的诞生之日起，电池便成为人类社会不可或缺的重要部分。随着工业革命和科技引领世界时代的发展，能源短缺和日益增加的环境问题使人们迫切的需要寻找一种新的电池。20世纪90年代锂离子电池的异军突起，迅速在全世界范围内刮起了一场锂离子电池风暴，当时的锂离子电池主要应用在手电筒、收音机、汽车和摩托车的启动电源等，而现在锂离子电池主要应用在电子手表、应急电源、导弹、潜艇、电动汽车等等。近年来，我国的经济、科技、政治的巨大发展使我国在国际上享有的盛誉越来越多，使我国人民的生活水平完