[发明专利]一种具有多级结构的硅-石墨烯球状复合材料的原位固相合成方法及其应用

摘要

本发明提出一种新颖廉价的原位固相制备方法，可一步合成具有多级结构的硅-石墨烯球状复合材料，并作为高比能负极材料应用于锂离子电池。发明选用成本低廉的有机糖类和无机过渡金属盐类分别作为碳源和金属催化剂前驱物，与硅纳米材料均匀混合，通过管式炉加热方式在硅纳米颗粒表面原位催化生长石墨烯包覆网络，并通过石墨烯网络的桥联作用，自组装形成具有纳米精细结构的球状微米级颗粒。这种具有多级结构的硅-石墨烯球状复合负极材料不仅具有高比容量的优点，还可同时克服硅负极材料电子导电性差以及循环过程中剧烈体积效应两个主要瓶颈问题，极大地提高硅负极的倍率和循环性能。

主权项

一种具有多级结构的硅‑石墨烯球状复合材料的原位固相合成方法，包括如下步骤：①选择有机糖类和过渡金属无机盐类分别作为碳源以及催化剂前驱体；选择粒径在1‑1000 nm之间的硅纳米颗粒，控制有机糖类中的碳原子与硅材料的质量比在1：100至5：100之间；过渡金属无机盐与硅材料的质量比在1：100至1：1000之间，将三者混合并充分研磨至均匀分散；②将上述混合物均匀分散在坩埚或者瓷舟中，并置于密闭管式炉中央，反应在氩气和氢气混合气体中进行，控制温度上升至600‑1000 ℃，并恒温1‑6 h；③在氩气和氢气混合气体中冷却至室温，产物经过硝酸洗涤2‑5次，离心，真空60 ℃烘干，得到最终产物。