一种新型结构石墨烯包覆硅纳米颗粒及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池电极材料领域，尤其涉及一种新型结构石墨烯包覆硅纳米颗粒及其制备方法，其特征在于：由包覆于外层的还原氧化石墨烯/碳壳、位于还原氧化石墨烯/碳壳内的硅纳米颗粒核，以及还原氧化石墨烯/碳壳与硅纳米颗粒核之间的空腔层组成。本发明专利技术与现有技术相比，硅颗粒表面氧化层厚度易于控制；表面氧化的硅粉易于分散于溶剂中，颗粒表面的羟基使其容易与修饰剂结合；颗粒表面包覆的石墨烯增加了颗粒与颗粒、颗粒与集流体之间的电接触，有利于复合材料内部电子传递降低阻抗；修饰剂碳链高温裂解产生的碳与石墨烯一起形成具有一定强度的壳，有利于形成稳定的SEI。

Novel structure graphene coated silicon nanometer particle and preparation method thereof

The invention relates to the field of electrode materials for lithium ion batteries, in particular to a novel structure of graphene coated silica nanoparticles and preparation method thereof, characterized by reduction of graphene oxide / carbon coated on the outer layer of the shell, in the reduction of graphene oxide / carbon shell of the silicon nano particle core, and reduction of graphite oxide graphene / carbon shell and silica nanoparticles between the nuclear cavity layer. Compared with the prior art, the silicon oxide particles is easy to control the thickness of the surface layer; the surface oxidation of silicon powder is easily dispersed in a solvent, particle surface hydroxyl makes it easy to combine with modified graphene particles; surface coating increases the electrical contact between the particles and the particles, and the collector, is conducive to electron recombination reduce material transfer impedance; modified carbon chain pyrolysis to produce carbon and graphene together to form a certain strength of the shell, is conducive to the formation of stable SEI.

【技术实现步骤摘要】
一种新型结构石墨烯包覆硅纳米颗粒及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池电极材料领域，尤其涉及一种新型结构石墨烯包覆硅纳米颗粒及其制备方法。
技术介绍
随着便携式移动设备以及电动汽车的发展，人们对于更高能量密度和更高功率密度的能量存储装置需求愈来愈迫切，以石墨为负极的锂离子电池(372mAh/g)已经无法满足消费需求，因此，寻找容量更高的负极材料迫在眉睫。硅材料因为其超高的理论储锂容量(4200mAh/g)和丰富的资源，被认为是最有潜力成为新一代锂离子电池负极材料，然而硅材料作为负极材料在应用上还存在以下几个亟待解决的问题：1硅作为一种半导体材料，其导电性相较差，电子迁移速率慢，作为锂离子电池负极材料时必然会降低倍率性能；2在充放电过程中，由于锂离子的嵌入/脱嵌，导致硅材料体积发生变化(体积膨胀率达300％以上)，这种体积反复变化必然会导致活性物质颗粒内部结构崩溃、降低活性物质颗粒之间接触、引起活性物质颗粒与集流体脱离，最终造成容量衰减、倍率性能降低以及安全等一系列问题；3不稳定的活性物质颗粒表面引起SEI的过量形成，导致不可逆的容量损失。为了解决上述问题，需要对硅材料进行以下几个方面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型结构石墨烯包覆硅纳米颗粒，其特征在于：由包覆于外层的还原氧化石墨烯/碳壳、位于还原氧化石墨烯/碳壳内的硅纳米颗粒核，以及还原氧化石墨烯/碳壳与硅纳米颗粒核之间的空腔层组成。

【技术特征摘要】
1.一种新型结构石墨烯包覆硅纳米颗粒，其特征在于：由包覆于外层的还原氧化石墨烯/碳壳、位于还原氧化石墨烯/碳壳内的硅纳米颗粒核，以及还原氧化石墨烯/碳壳与硅纳米颗粒核之间的空腔层组成。2.如权利要求1所述的一种新型结构石墨烯包覆硅纳米颗粒的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、表面氧化：将硅粉置入高温炉中，在含氧气氛条件下，以300-1000℃保温0.5-20.0h，制得氧含量为8wt％-57wt％的硅粉；步骤二、制备硅粉溶液：将上述高温氧化处理后的硅粉加入到分散剂中并超声分散得硅粉溶液；所述的硅粉在分散剂中的浓度为0.1-10.0mg/ml；所述的分散剂采用水或无水乙醇或二者任意体积比的混合溶液；步骤三、表面修饰：在上述硅粉溶液中加入修饰剂，并恒温搅拌1-24h得混合溶液；所述的恒温的温度为20-80℃，所述的修饰剂的质量为硅质量的25％～100％；步骤四、制备分散液：将搅拌后的混合溶液真空抽滤后，洗去未修饰的修饰剂，然后将抽滤物分散到水中，制得浓度为0.5-10.0mg/ml的分散液；步骤五、GO包覆：取硅粉质量20％-100％的氧化石墨烯溶液滴加至步骤四中的分散液中，搅拌1.0-24.0h，离心收集沉淀产物并真空干燥；所述的氧化石墨烯溶液浓度为0.5-2.0mg/ml；步骤六、还原碳化：将干燥产物置入高温炉中，在惰性气氛下升温至700-900℃，保温1.0-3.0h，得到石墨烯包覆的硅复合材料；步骤七、HF刻蚀：将得到石墨烯包覆的硅复合材料加入浓度为5wt％的稀氢氟酸溶液中，充分反应后洗涤干燥，即得到具有新型结构的石墨烯包覆硅纳米颗粒复合材料；所述的稀氢氟酸溶液中氢氟酸的量为硅粉质量的20％-143％。3.如权利要求2所述的新型结构石墨烯包覆硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：童磊，余德馨，郑安华，杜辉玉，郑远辉，
申请(专利权)人：上海杉杉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31