[发明专利]一种在Si/C复合材料上生长石墨烯的方法、利用该方法制得的材料以及其应用

说明书

本发明涉及一种在Si/C复合材料上生长石墨烯的方法、利用该方法制得的材料以及其应用。该方法包括：(1)利用化学气相沉积法在Si/C复合物上依次沉积镍膜和铜膜，得到Cu/Ni/Si/C复合物；(2)将Cu/Ni/Si/C复合物置于氩气和氢气的环境下进行退火处理；(3)再利用化学气相沉积法将经步骤(2)处理后的Cu/Ni/Si/C复合物置于甲烷和氢气的气氛下反应，再在氩气的保护下冷却至室温，从而在Si/C复合材料上生长出石墨烯。该方法减少了石墨烯在电芯材料中的添加或对石墨烯薄膜的转移、涂敷工艺，能够避免破坏已有石墨烯的化学性质。

技术领域

本发明涉及石墨烯制备技术领域，尤其涉及一种在Si/C复合材料上生长石墨烯的方法、利用该方法制得的材料以及其应用。

背景技术

现有石墨烯电池一般是在锂电池的基础上添加石墨烯材料，利用二氧化碳气体把石墨烯做成爆米花的形状。这种爆米花形状的石墨烯被称为“石墨烯球”，把这些石墨烯球覆盖在电池电极的表面做成正极保护膜用来提高充电速度，或将石墨烯作为电芯的添加材料来提高原有电池的化学性能。

现有在锂电池正负电极上涂敷石墨烯薄膜首先需要制备石墨烯薄膜，将制备出的石墨烯薄膜利用化学方法进行转移，在转移过程中常用聚合物辅助转移法，这种方法不可避免的将在转移后的石墨烯表面带来污染，影响石墨烯本身的化学性质，而且转移工序复杂。

现在大多数锂离子电池采用石墨类碳作为负极材料，碳负极材料虽有诸多优点，但其比容量低、高倍率充放电性能差；硅有最高的比容量，但在循环过程中晶胞体积会剧烈膨胀产生“体积效应”，导致电极结构的稳定性被破坏，使其在循环过程中放电容量迅速下降，Si/C 复合材料虽中和了硅负极材料和碳负极材料的缺点，但并未提高电池的充放电倍率。

发明内容

本发明在Si/C复合材料的基础上制备出石墨烯，提高原有负极材料的充电倍率，减少工序步骤。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

1、一种在Si/C复合材料上生长石墨烯的方法，所述方法包括：

(1)利用化学气相沉积法在Si/C复合物上依次沉积镍膜和铜膜，得到Cu/Ni/Si/C复合物；

(2)将Cu/Ni/Si/C复合物置于氩气和氢气的环境下进行退火处理；

(3)再利用化学气相沉积法将经步骤(2)处理后的Cu/Ni/Si/C 复合物置于甲烷和氢气的气氛下反应，再在氩气的保护下冷却至室温，从而在Si/C复合材料上生长出石墨烯。

2、根据技术方案1所述的方法，在步骤(3)中，所述甲烷的流量为200～300标准毫升/分钟，所述氢气的流量为50～150标准毫升/分钟。

3、根据技术方案2所述的方法，在步骤(3)中，所述反应在 1000～1100℃下进行。

4、根据技术方案1所述的方法，在步骤(2)中，所述退火处理的条件为：

第一退火阶段：退火温度900～950℃，退火时间2～10小时；和

第二退火阶段：退火温度1000～1100℃，退火时间20～30小时。

5、根据技术方案1所述的方法，在步骤(1)中，利用化学气相沉积法沉积镍膜的步骤包括：

将Si/C复合物放入反应室中，抽真空，同时加热至第一反应温度；

通入氩气，再通入气态羰基镍沉积镍膜。

6、根据技术方案5所述的方法，所述第一反应温度为120～150℃。

7、根据技术方案5所述的方法，在步骤(1)中，利用化学气相沉积法沉积铜膜的步骤包括：