[发明专利]一种三维石墨烯硅碳负极复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种三维石墨烯硅碳负极复合材料，其特征在于：以三维石墨烯为网络结构，三维石墨烯网络结构中嵌入核壳结构，其中，所述核壳结构为碳层包裹的纳米硅的核壳结构，且碳层和纳米硅之间具有空隙。

2.一种三维石墨烯硅碳负极复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)氧化石墨烯分散液的制备：通过改性的Hummer法制备氧化石墨；将氧化石墨分散在去离子水中，配制成质量浓度为0.1～10.0g/L的氧化石墨悬浊液；将氧化石墨悬浊液在频率为20～80kHz下超声0.5～6h，实现单层剥离，得到均匀稳定的氧化石墨烯分散液；

(2)碳包裹和石墨烯包覆纳米硅复合电极材料的制备：

(2.1)二氧化硅包裹的纳米硅Si/SiO₂的制备：在流动的空气气氛下，将30～300nm的纳米硅放置到管式炉中，在500～1000℃下煅烧1～10h，得到不同厚度二氧化硅包裹的纳米硅Si/SiO₂；

(2.2)粉体A的制备：按二氧化硅包裹的纳米硅Si/SiO₂和碳源前驱体的质量比0.5～5.0，将二氧化硅包裹的纳米硅Si/SiO₂超声分散在碳源前驱体溶液中，在50～100℃下保持10～120min，碳源前驱体发生脱水交联聚合并吸附在二氧化硅包裹的纳米硅Si/SiO₂表面，离心，沉淀冷冻干燥，得到粉体A；

(2.3)粉体B的制备：按二氧化硅包裹的纳米硅Si/SiO₂与氧化石墨的质量比0.1～4.0，将粉体A超声分散在0.1～10.0g·L^-1氧化石墨烯分散液中，干燥，得到粉体B；

(2.4)Si/SiO₂/C/graphene粉体的制备：在保护气氛下，将粉体B在500～1000℃温度下煅烧1～10h，自然冷却得到Si/SiO₂/C/graphene粉体；

(2.5)碳包裹和石墨烯包覆纳米硅复合电极材料的制备：将Si/SiO₂/C/graphene粉体浸入SiO₂刻蚀溶液中再超声处理1～30分钟，以除去SiO₂层形成空隙(void)，离心，洗涤，冷冻干燥，得到Si/void/C/graphene纳米复合材料，即碳包裹和石墨烯包覆纳米硅复合电极材料。

3.根据权利要求2所述的一种三维石墨烯硅碳负极复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2.1)中，空气流速为50～1000ml·min^-1。

4.根据权利要求2所述的一种三维石墨烯硅碳负极复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2.2)中，所述碳源前驱体为葡萄糖、果糖、壳聚糖、核糖、蔗糖和木糖中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求2所述的一种三维石墨烯硅碳负极复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2.3)中，所述干燥方式为真空干燥、喷雾干燥、超临界干燥和冷冻干燥中的一种。

6.根据权利要求2所述的一种三维石墨烯硅碳负极复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2.4)中，所述的保护气氛为氩气、氮气、氢气、氦气和氩氢混合气的一种。

7.根据权利要求2所述的一种三维石墨烯硅碳负极复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2.5)中，所述的SiO₂刻蚀溶液为质量浓度为15～40％的氢氟酸溶液、浓度为4～52％的氢氧化钠溶液和浓度为5.6～55％的的氢氧化钾溶液中的一种。