The invention provides a preparation method of a silicon/graphene hollow core-shell structure. Silicon nanospheres and concentrated ammonia water were put into the solution of water and ethanol under ultrasonic uniformity, followed by tetraethoxysilane, stirring reaction at room temperature, and centrifugal cleaning to obtain the core-shell structure of Si/SiO 2. Graphene was grown in hydrogen, argon and methane atmosphere by CVD method, and the core-shell structure of Si/SiO 2/graphene was formed, stirred in graphene dispersions of the same size, and the graphene layer became thicker. Silicon/graphene hollow core-shell structure was obtained by etching SiO 2 with HF acid. The hollow core-shell structure obtained by the method can effectively alleviate the volume expansion of silicon, increase the elasticity and toughness of the composite material, further alleviate the volume expansion of silicon, the conductivity of graphene layer is better than that of reduced graphene oxide, the energy consumption is low, the synthesis process is simple, and it is suitable for industrial or laboratory operation.
【技术实现步骤摘要】
一种硅/石墨烯中空核壳结构的制备方法
本专利技术涉及新材料制备领域,尤其涉及一种硅/石墨烯中空核壳结构的制备方法。
技术介绍
硅在地壳中的质量含量仅次于氧,储量非常丰富。硅具有极高的质量比容量与体积比容量,不会与电解液发生溶剂共嵌入,进而对电解液的适用范围更广,高的脱嵌锂电位可有效避免大倍率充放电过程中锂的析出,能够提高电池的安全性,因此,硅被认为是最有潜力的新一代高容量锂离子电池负极材料。由于巨大的体积效应的影响,硅电极材料在充放电过程中会粉化而从集流体上剥落,活性物质与活性物质,活性物质与集流体之间失去电接触,同时不断形成新的固相电解质层,最终导致硅负极材料低的可逆容量、差的循环稳定性和倍率性能。研究者进行了大量的尝试,采用复合化技术,利用“缓冲骨架”补偿材料膨胀。碳质负极材料在充放电过程中体积变化较小,具有较好的循环稳定性能,而且碳质负极材料本身是离子与电子的混合导体;另外,硅与碳化学性质相近,二者能紧密结合,因此碳常用作与硅复合的首选基质。由于硅在充放电过程中体积可以扩至300%,普通的包覆并不能完全缓冲体积效应带来的影响,崔屹等在Si颗粒外首先制备一层SiO2,再用碳材料进行包覆,制备了从内而外的Si/SiO2/C复合结构,利用盐酸腐蚀掉中间层SiO2,形成中空的核壳结构,这空出来的空间有效缓解硅的体积膨胀;WeiZhai等利用氧化石墨烯包裹了硅铝合金,形成了Si-Al/C核壳结构,利用盐酸腐蚀掉铝,中间形成多孔硅结构,空出来的空间也可以有效缓解硅的体积膨胀。以上两种中空结构最外层是碳簇与还原氧化石墨烯,如果采用导电性更好的石墨烯,则能进一步提升 ...
【技术保护点】
1.一种硅/石墨烯中空核壳结构的制备方法,包括如下步骤:(1)将Si纳米球和浓氨水放入水和乙醇的溶液中超声均匀,再加入四乙氧基硅烷,室温下搅拌反应,离心清洗得到Si/SiO2核壳结构,或者将Si纳米球放入CVD管式炉中,在空气气氛下加热,直接得到Si/SiO2核壳结构;(2)将Si/SiO2核壳结构放入管式炉中,在空气中800℃处理1h,然后采用CVD法在氢气、氩气与甲烷的氛围中生长石墨烯,生成Si/SiO2/石墨烯核壳结构,将Si/SiO2/石墨烯核壳结构放入与其尺寸相当的石墨烯分散液中,搅拌,石墨烯层变厚,用HF酸刻蚀掉SiO2,得到硅/石墨烯中空核壳结构。
【技术特征摘要】
1.一种硅/石墨烯中空核壳结构的制备方法,包括如下步骤:(1)将Si纳米球和浓氨水放入水和乙醇的溶液中超声均匀,再加入四乙氧基硅烷,室温下搅拌反应,离心清洗得到Si/SiO2核壳结构,或者将Si纳米球放入CVD管式炉中,在空气气氛下加热,直接得到Si/SiO2核壳结构;(2)将Si/SiO2核壳结构放入管式炉中,在空气中800℃处理1h,然后采用CVD法在氢气、氩气与甲烷的氛围中生长石墨烯,生成Si/SiO2/石墨烯核壳结构,将Si/SiO2/石墨烯核壳结构放入与其尺寸相当的石墨烯分散液中,搅拌,石墨烯层变厚,用HF酸刻蚀掉SiO2,得到硅/石墨烯中空核壳结构。2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中的Si纳米球尺寸为20-200nm,水和乙醇体积比为1∶4,室温下搅拌反应时间为6-24h。3.根据权利要求1所述的制备方法,其...
【专利技术属性】
技术研发人员:苗中正,张立云,张强,
申请(专利权)人:盐城师范学院,
类型:发明
国别省市:江苏,32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。