一种硅烯/石墨烯复合材料及其制备方法和应用与流程

文档序号:12130097阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种硅烯/石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于,所述方法采用硅纳米颗粒作为硅源,包括以下步骤:

(1)清洗硅纳米颗粒和石墨颗粒;

(2)在所述的硅纳米颗粒上均匀包裹一层催化剂层,得到复合硅纳米颗粒,所述的催化剂层的厚度为3~10nm;

(3)将所述复合硅纳米颗粒与石墨颗粒通过高混机中搅拌混合,使硅纳米颗粒作为研磨介质均匀分布在石墨中,得到复合颗粒,再通过挤出机挤出,挤出机的设置温度为600~950℃,复合颗粒中的石墨在高剪切力作用下剥离成石墨烯,复合颗粒中的硅颗粒在高温环境、强剪切力和催化剂作用下分解成硅原子在石墨烯表面扩散重排,得到硅烯/石墨烯复合材料,在挤出机出料口设置收集装置收集硅烯/石墨烯复合材料,冷却到室温。

2.根据权利要求1所述的一种硅烯/石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于,所述硅纳米颗粒的粒径为5~20nm,所述石墨颗粒为鳞片石墨、膨胀石墨、高取向石墨、热裂解石墨、氧化石墨中的至少一种,所述石墨颗粒的平均粒径为小于1毫米。

3.根据权利要求1所述的一种硅烯/石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于,所述清洗硅纳米颗粒包括以下步骤:

首先在HF溶液中超声0.5~1分钟,去除硅纳米颗粒表面的氧化硅,最后用去离子水冲洗,去除HF残留液,在80~90℃的氩气保护下烘干硅纳米颗粒;

所述HF溶液浓度为3.5~5%;

所述氩气为纯度为99.9%,氩气的环境气压为100~1000Pa。

4.根据权利要求1所述的一种硅烯/石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于,所述催化剂层为金属Ag、Au、Mo、Cu和Ti中的一种金属所制备的薄膜。

5.根据权利要求4所述的一种硅烯/石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于,所述金属薄膜具体为采用蒸发法,溅射法,化学还原法中的至少一种方法获得所述预设金属包裹层。

6.根据权利要求1所述的一种硅烯/石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于,所述高混机搅拌旋转的速度为500-1000rpm,所述挤出机为同向啮合螺杆机。

7.根据权利要求6所述的一种硅烯/石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于,所述的挤出机是同向啮合双螺杆机、同向啮合三螺杆机、同向啮合四螺杆机或者更多螺杆的同向啮合螺杆机;

所述的同向啮合螺杆机是由螺纹元件在芯轴上组合而成,通过设置不同的螺纹元件,使石墨在螺杆旋转时沿纵向和横向方向连续取向、剪切剥离从而获得的石墨烯;

所述的分散取向段由两组56/56输送螺纹元件、两组齿形盘、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向56/56输送螺纹元件组成;

所述的剪切剥离段由四组斜角为30°的啮合螺纹元件、四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组、四组90°的直角啮合螺纹元件、四组反向60°的啮合螺纹元件组成。

8.一种硅烯/石墨烯复合材料,其特征在于,由权利1-7任一项所述制备方法制备而成的硅烯/石墨烯复合材料,结构为硅原子在石墨烯层上重排复合而成。

9.一种硅烯/石墨烯复合材料的应用,其特征是应用于锂电池的负极材料。

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