專利名稱：硅合金、石墨烯復合材料及其制備方法
娃合金、石墨稀復合材料及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及新材料領域,尤其涉及一種娃合金、石墨烯復合材料及其制備方法。背景技術(shù)：
隨著各種新能源的發(fā)展，便攜式電子設備的小型化發(fā)展及電動汽車對大容量高功率化學電源的廣泛需求。目前商品化的鋰離子電池大多采用鋰石墨體系，雖然這類體系的電化學性能優(yōu)異，但是由于其本身儲鋰能力較低(如石墨的理論372mAh/g)，所以新型的過渡金屬氧化物/石墨體系受到人們的廣泛的重視。
目前所知道的嵌鋰材料中，純硅因具有最高的理論儲鋰容量(4200mAh/g)，相對較低的嵌鋰電位，充放電過程不易團聚，較其他金屬基材料具有更高的物理穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，目前成為鋰離子電池負極材料領域的研究熱點。但是硅基材料存在一個缺點在深度脫嵌鋰過程中由于體積效應產(chǎn)生的應力作用容易造成硅晶格結(jié)構(gòu)的崩塌和材料粉化，致使活性物質(zhì)脫離電極材料體系而失去活性，因此具有很差的循環(huán)穩(wěn)定性。目前，主要改進方法有采用鎳、鐵以及銅等金屬與硅復合，形成以硅為活性中心，以惰性金屬為分散載體的活性 /惰性復合體系，改善材料的導電性能的同時，提高了含硅材料的循環(huán)性能。
但是，這種材料容易形成惰性的金屬硅相，削弱了硅基材料的比容。
發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要提供一種比容較高的硅合金、石墨烯復合材料及其制備方法。
一種硅合金、石墨烯復合材料，包括石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒和石墨烯，所述石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒和所述石墨烯均勻混合且質(zhì)量比為5 :1 1: 20,所述硅合金微納米顆粒在所述硅合金、石墨烯復合材料中的質(zhì)量分數(shù)為O.1 % 20%。
優(yōu)選的，所述娃合金微納米顆粒的粒徑為Inm IOOnm;
所述硅合金微納米微粒中的金屬為鎳、鐵、銅、鎂、鈷或鋁；
所述硅合金微納米微粒中的金屬所占的質(zhì)量比例為1% 30%。
一種硅合金、石墨烯復合材料的制備方法，包括如下步驟
步驟一、提供或制備硅合金微納米顆粒和氧化石墨；
步驟二、將所述氧化石墨在水中超聲分散，形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，然后加入所述硅合金微納米顆粒，在室溫下攪拌后得到均勻分散的氧化石墨烯和硅合金微納米顆粒的混合物，真空干燥后得到氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒；
步驟三、將所述氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒在還原氣氛下熱還原，得到石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒；
步驟四、將所述石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與石墨烯按照質(zhì)量比例5 I I 20混合后球磨，得到均勻混合的硅合金、石墨烯復合材料；所述硅合金微納米顆粒在所述硅合金、石墨烯復合材料中的質(zhì)量分數(shù)為O.1 % 20%。
優(yōu)選的，步驟一中，所述娃合金微納米顆粒的粒徑為Inm lOOnm。
優(yōu)選的，步驟一中，所述硅合金微納米微粒中的金屬為鎳、鐵、銅、鎂、鈷或鋁；
所述硅合金微納米微粒中的金屬所占的質(zhì)量比例為1% 30%。
優(yōu)選的，步驟一中，所述氧化石墨包括如下步驟制備得到將石墨原料、過硫酸鉀和五氧化二磷加入至80°C的濃硫酸中，攪拌均勻，冷卻6小時以上，抽濾，洗滌至中性，干燥，得到混合樣品；
將所述混合樣品加入至0°C的濃硫酸中，再加入高錳酸鉀，體系的溫度保持在 20°C以下，然后在35°C的油浴中保持2小時后，緩慢加入去離子水，15分鐘后，再加入含雙氧水的去離子水，直至溶液的顏色變?yōu)榱咙S色，趁熱抽濾，再用濃度為10%的鹽酸進行洗漆，抽濾，60°C真空干燥即得到氧化石墨。
優(yōu)選的，步驟一還包括用鹽酸處理所述硅合金微納米顆粒的表面的操作。
優(yōu)選的，步驟二中，按照所述硅合金微納米顆粒和所述氧化石墨烯的質(zhì)量比例為1: 5 1: 100向所述氧化石墨烯溶液中加入所述娃合金微納米顆粒。
優(yōu)選的，步驟三為將所述氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒放入通有還原性氣體的管式爐中，以10°c /min 100°C /min的速度升溫至200°C 1200°C并持續(xù)Ih 10h，保持還原氣氛冷卻至室溫，得到所述石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒。
優(yōu)選的，步驟四中，所述石墨烯通過液相還原步驟一得到的氧化石墨制得。
這種硅合金、石墨烯復合材料通過使用具備良好的導電性、空隙分布以及高的機械性能的石墨烯材料取代普 通的碳材料，相對于傳統(tǒng)的硅基材料，具有較高的比容。

圖1為實施例1制備的硅合金、石墨烯復合材料的SEM電鏡圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖及實施例對硅合金、石墨烯復合材料及其制備方法做進一步的解釋說明。
一實施方式的硅合金、石墨烯復合材料，包括石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒和片層結(jié)構(gòu)的石墨烯。
石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒和石墨烯均勻混合，石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒和石墨烯質(zhì)量比為5 :1 1: 20。
硅合金微納米顆粒在硅合金、石墨烯復合材料中的質(zhì)量分數(shù)為O.1 % 20%。
石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒中娃合金微納米顆粒的粒徑為Inm lOOnm。
硅合金微納米微粒中的金屬為鎳、鐵、銅、鎂、鈷或鋁，金屬所占的質(zhì)量比例為 1% 30%。
這種硅合金、石墨烯復合材料通過使用具備良好的導電性、空隙分布以及高的機械性能的石墨烯材料取代普通的碳材料，相對于傳統(tǒng)的硅基材料，具有較高的比容。
這種硅合金、石墨烯復合材料由于石墨烯的高導電性能夠很好的將電子傳導到硅合金上，提高了導電性，能夠充分發(fā)揮了硅的高容量特性。同時石墨烯的片狀結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積，這種硅合金、石墨烯復合材料有良好的孔隙率、離子傳導特性。這種硅合金、石墨烯復合材料有著良好的電化學穩(wěn)定性。因此，這種硅合金、石墨烯復合材料適合作為鋰離子電池，超級電容器的負極材料。
一實施方式的上述硅合金、石墨烯復合材料的制備方法，包括如下步驟
S10、提供或制備硅合金微納米顆粒和氧化石墨。
娃合金微納米顆粒的粒徑為Inm lOOnm。
硅合金微納米微粒中的金屬為鎳、鐵、銅、鎂、鈷或鋁，金屬所占的質(zhì)量比例為 1% 30%。
一般的，可以使用高能球磨機將硅合金(N1-S1、Fe-S1、Cu-S1、Mg-Si，Co-Si， Al-Si)粉體研磨得到粒徑為Inm IOOnm的娃合金微納米顆粒。
之后用鹽酸處理硅合金微納米顆粒的表面，從而洗去硅合金微納米顆粒表面的污垢。
一般的，可以通過Hummers法用石墨制備氧化石墨，即將石墨、高錳酸鉀和高濃度強氧化性酸(硫酸或硝酸)置于同一容器中水浴或油浴加熱，待充分氧化后取出，先用雙氧水還原高錳酸鉀，在用蒸餾水或鹽酸洗滌產(chǎn)物數(shù)次，干燥后得到氧化石墨。
為了制備氧化石墨，可以對Hummers法進行一些改進，改進后的制備過程包括如下步驟。
首先，將純度超過99. 5%的50目石墨粉、過硫酸鉀和五氧化二磷按照質(zhì)量比 2:1:1加入到65 85°C的濃硫酸中，攪拌均勻后自然冷卻，洗滌至中性后干燥，得到預處理的混合物。
其次，將所述預處理的混合物加入到濃硫酸中，再加入高錳酸鉀，保持溫度低于 20°C,之后30 40°C油浴1. 5 2. 5h,加入去離子水，15min后加入雙氧水反應,抽濾、收集固體。
最后，將上述固體用稀鹽酸洗滌，干燥，得到氧化石墨。
油浴的目的是為了更好的控制反應溫度，在其他的實施方式中，也可以采用水浴。
石墨原料可以為天然鱗片石墨。
S20、將步驟一制得的氧化石墨在水中超聲分散，形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，加入硅合金微納米顆粒，室溫下攪拌后得到均勻分散的氧化石墨烯和硅合金微納米顆粒的混合物，真空干燥后得到氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒。
在優(yōu)選的實施例中，按照硅合金微納米顆粒和氧化石墨烯的質(zhì)量比例為1: 5 I 100向氧化石墨烯溶液中加入硅合金微納米顆粒。
S30、將步驟S20制得的氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒在還原氣氛下熱還原，得到石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
將氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒放入通有還原性氣體的管式爐中，以 IO0C /min 100°C /min的速度升溫至200°C 1200°C并持續(xù)Ih 10h，保持還原氣氛冷卻至室溫，得到石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
還原氣氛可以為氫氣氣氛、一氧化碳氣氛等。
S40、將步驟S30制得的石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與片層結(jié)構(gòu)的石墨烯按照質(zhì)量比例5 :1 1: 20混合后球磨，得到均勻混合的具有微納米結(jié)構(gòu)的硅合金、石墨烯復合材料；硅合金微納米顆粒在硅合金、石墨烯復合材料中的質(zhì)量分數(shù)為O. 1% 20%。
石墨烯通過液相還原步驟SlO制得的氧化石墨制得。
具體的，液相還原氧化石墨得到石墨烯的步驟如下
首先，將步驟SlO制得的氧化石墨與去離子水混合并分散成懸濁液。
其次，向懸濁液中加入還原劑，加熱到90°C 100°C進行熱還原，24h 48h后得到石墨烯懸液。
最后，將石墨烯懸液過濾后收集濾渣，依次用水和甲醇洗滌后干燥，得到石墨烯。
還原劑可以選擇水合肼、硼氫化鈉或?qū)Ρ蕉贰?br> 這種硅合金、石墨烯復合材料的制備方法成本低，并且工藝簡單、易于操作、反應時間短，制備得到的硅合金、石墨烯復合材料有良好的電化學穩(wěn)定性。
這種方法制備出的硅合金、石墨烯復合材料，硅合金微納米顆粒能夠很好的分散在石墨烯的片層之間，石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與石墨烯二次混合后，大大提高了硅合金、石墨烯復合材料的導電性。由于石墨烯的高導電性能夠很好的將電子傳導到硅合金上，提高了導電性，能夠充分發(fā)揮了硅的高容量特性。同時由于石墨烯的片層結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積，這種硅合金、石墨烯復合材料有良好的孔隙率、離子傳導特性。這種硅合金、 石墨烯復合材料有著良好的電化學穩(wěn)定性。因此，這種硅合金、石墨烯復合材料適合作為鋰離子電池，超級電容器的負極材料。
以下為具體實施例部分。
實施例1
(1)石墨純度 99. 5%。
(2)氧化石墨將純度99. 5%的50目石墨粉、過硫酸鉀和五氧化二磷按照質(zhì)量比 2:1:1加入到75°C的濃硫酸中，攪拌均勻后自然冷卻，洗滌至中性后干燥，得到預處理的混合物。將所述預處理的混合物加入到濃硫酸中，再加入高錳酸鉀，保持溫度低于20°C， 之后35°C油浴2h，加入去離子水，15min后加入雙氧水反應，抽濾、收集固體。最后，將上述固體用稀鹽酸洗滌，干燥，得到氧化石墨。
(3)通過高能球磨機將娃合金(N1-Si合金,30%的Ni)粉體研磨得到娃合金微納米顆粒，將得到的硅合金微納米顆粒表面用鹽酸處理。
(4)硅合金微納米顆粒、氧化石墨烯的復合物將⑵制備出來的氧化石墨加入到水中超聲分散，形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，以上兩者混合，硅合金與氧化石墨烯的質(zhì)量比例為1: 5，室溫劇烈攪拌24h，真空干燥，得到均勻分散的氧化石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
(5)含還原性氣體氛圍熱還原將(4)所得氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒放入通有氫氣的管式爐中以100°c /min緩慢速度升溫至1200°C加熱10h，再將粉末在氫氣的氛圍隨爐冷卻至室溫，得到石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒。
(6)石墨烯將⑵制備出來的氧化石墨與去離子水混合并分散成懸濁液。向懸池液中加入水合餅，加熱到95°C進行熱還原，36h后得到石墨稀懸液。最后，將石墨稀懸液過濾后收集濾渣，依次用水和甲醇洗滌后干燥，得到石墨烯。將(5)所得的石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與石墨烯按照質(zhì)量比1:1混合后球磨4小時，得到均勻的微納米結(jié)構(gòu)的石墨烯，硅合金的復合材料。
圖1為本實施例制得的硅合金、石墨烯復合材料的SEM圖片。
實施例2
(1)石墨純度 99. 5%。
(2)氧化石墨同實施例1。
(3)通過高能球磨機將娃合金(Cu-Si, 30%的Cu)粉體研磨得到娃合金微納米顆粒，將得到的硅合金微納米顆粒表面用鹽酸處理。
(4)硅合金微納米顆粒、氧化石墨烯的復合物將⑵制備出來的氧化石墨加入到水中超聲分散，形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，以上兩者混合，硅合金與氧化石墨烯的質(zhì)量比例為1: 10，室溫劇烈攪拌O. 5h，真空干燥，得到均勻分散的氧化石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
(5)含還原性氣體氛圍熱還原將(4)所得氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒放入通有一氧化碳的管式爐中以10°C /min緩慢速度升溫至120°C加熱lh，再將粉末在一氧化碳的氛圍隨爐冷卻至室溫,得到石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒。
(6)石墨烯將(2)制備出來的氧化石墨與去離子水混合并分散成懸濁液。向懸池液中加入水合餅，加熱到95°C進行熱還原，36h后得到石墨稀懸液。最后，將石墨稀懸液過濾后收集濾渣，依次用水和甲醇洗滌后干燥，得到石墨烯。將(5)所得的石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與石墨烯按照質(zhì)量比5 I混合后球磨4小時，得到均勻的微納米結(jié)構(gòu)的石墨烯，硅合金的復合材料。
實施例3
(1)石墨純度 99. 5%。
(2)氧化石墨同實施例1。
(3)通過高能球磨機將娃合金(Fe-Si, 30%的Fe)粉體研磨得到娃合金微納米顆粒，將得到的硅合金微納米顆粒表面用鹽酸處理。
(4)硅合金微納米顆粒、氧化石墨烯的復合物將⑵制備出來的氧化石墨加入到水中超聲分散，形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，以上兩者混合，硅合金與氧化石墨烯的質(zhì)量比例為1: 50，室溫劇烈攪拌4h，真空干燥，得到均勻分散的氧化石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
(5)含還原性氣體氛圍熱還原將(4)所得氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒放入通有氫氣的管式爐中以50°C /min緩慢速度升溫至600°C加熱6h，再將粉末在氫氣的氛圍隨爐冷卻至室溫，得到石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
(6)石墨烯將⑵制備出來的氧化石墨與去離子水混合并分散成懸濁液。向懸池液中加入水合餅，加熱到95°C進行熱還原，36h后得到石墨稀懸液。最后，將石墨稀懸液過濾后收集濾渣，依次用水和甲醇洗滌后干燥，得到石墨烯。將(5)所得的石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與石墨烯按照質(zhì)量比1:1混合后球磨4小時，得到均勻的微納米結(jié)構(gòu)的石墨烯，硅合金的復合材料。
實施例4
(1)石墨純度 99. 5%。
(2)氧化石墨同實施例1。
(3)通過高能球磨機將娃合金(Cu-Si, 5%的Cu)粉體研磨得到娃合金微納米顆粒，將得到的硅合金微納米顆粒表面用鹽酸處理。
(4)硅合金微納米顆粒、氧化石墨烯的復合物將⑵制備出來的氧化石墨加入到水中超聲分散，形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，以上兩者混合，硅合金與氧化石墨烯的質(zhì)量比例為1: 60，室溫劇烈攪拌4h，真空干燥，得到均勻分散的氧化石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
(5)含還原性氣體氛圍熱還原將(4)所得氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒放入通有氫氣的管式爐中以40°C /min緩慢速度升溫至1200°C加熱6h，再將粉末在氫氣的氛圍隨爐冷卻至室溫，得到石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒。
(6)石墨烯將⑵制備出來的氧化石墨與去離子水混合并分散成懸濁液。向懸池液中加入水合餅，加熱到95°C進行熱還原，36h后得到石墨稀懸液。最后，將石墨稀懸液過濾后收集濾渣，依次用水和甲醇洗滌后干燥，得到石墨烯。將(5)所得的石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與石墨烯按照質(zhì)量比2 I混合后球磨4小時，得到均勻的微納米結(jié)構(gòu)的石墨烯，硅合金的復合材料。
實施例5
(1)石墨純度 99. 5%。
(2)氧化石墨同實施 例1。
(3)通過高能球磨機將娃合金(Mg-Si, 10%的Mg)粉體研磨得到娃合金微納米顆粒，將得到的硅合金微納米顆粒表面用鹽酸處理。
(4)硅合金微納米顆粒、氧化石墨烯的復合物將⑵制備出來的氧化石墨加入到水中超聲分散，形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，以上兩者混合，硅合金與氧化石墨烯的質(zhì)量比例為1: 70，室溫劇烈攪拌4h，真空干燥，得到均勻分散的氧化石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
(5)含還原性氣體氛圍熱還原將(4)所得氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒放入通有氫氣的管式爐中以50°C /min緩慢速度升溫至1000°C加熱6h，再將粉末在氫氣的氛圍隨爐冷卻至室溫，得到石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒。
(6)石墨烯將⑵制備出來的氧化石墨與去離子水混合并分散成懸濁液。向懸池液中加入水合餅，加熱到95°C進行熱還原，36h后得到石墨稀懸液。最后，將石墨稀懸液過濾后收集濾渣，依次用水和甲醇洗滌后干燥，得到石墨烯。將(5)所得的石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與石墨烯按照質(zhì)量比5 I混合后球磨4小時，得到均勻的微納米結(jié)構(gòu)的石墨烯，硅合金的復合材料。
實施例6
(1)石墨純度 99. 5%。
(2)氧化石墨同實施例1。
(3)通過高能球磨機將娃合金(Co-Si, 20%的Co)粉體研磨得到娃合金微納米顆粒，將得到的硅合金微納米顆粒表面用鹽酸處理。
(4)硅合金微納米顆粒、氧化石墨烯的復合物將⑵制備出來的氧化石墨加入到水中超聲分散，形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，以上兩者混合，硅合金與氧化石墨烯的質(zhì)量比例為1: 100，室溫劇烈攪拌4h，真空干燥，得到均勻分散的氧化石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
(5)含還原性氣體氛圍熱還原將(4)所得氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒放入通有氫氣的管式爐中以40°C /min緩慢速度升溫至800°C加熱6h，再將粉末在氫氣的氛圍隨爐冷卻至室溫，得到石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。(6)石墨烯將(2)制備出來的氧化石墨與去離子水混合并分散成懸濁液。向懸池液中加入水合餅，加熱到95°C進行熱還原，36h后得到石墨稀懸液。最后，將石墨稀懸液過濾后收集濾渣，依次用水和甲醇洗滌后干燥，得到石墨烯。將(5)所得的石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與石墨烯按照質(zhì)量比1: 20混合后球磨4小時，得到均勻的微納米結(jié)構(gòu)的石墨烯，硅合金的復合材料。
實施例7
(I)石墨純度"· 5%。
(2)氧化石墨同實施例1。
(3)通過高能球磨機將娃合金(Al-Si, 30%的Al)粉體研磨得到娃合金微納米顆粒，將得到的硅合金微納米顆粒表面用鹽酸處理。
(4)硅合金微納米顆粒、氧化石墨烯的復合物將⑵制備出來的氧化石墨加入到水中超聲分散，形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，以上兩者混合，硅合金與氧化石墨烯的質(zhì)量比例為1: 20，室溫劇烈攪拌4h，真空干燥，得到均勻分散的氧化石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
(5)含還原性氣體氛圍熱還原將(4)所得氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒放入通有氫氣的管式爐中以50°C /min緩慢速度升溫至1000°C加熱6h，再將粉末在氫氣的氛圍隨爐冷卻至室溫，得到石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒。
(6)石墨烯將(2)制備出來的氧化石墨與去離子水混合并分散成懸濁液。向懸池液中加入水合餅，加熱到95°C進行熱還原，36h后得到石墨稀懸液。最后，將石墨稀懸液過濾后收集濾渣，依次用水和甲醇洗滌后干燥，得到石墨烯。將(5)所得的石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與石墨烯按照質(zhì)量比1: 5混合后球磨4小時，得到均勻的微納米結(jié)構(gòu)的石墨烯，硅合金的復合材料。
將實施例1 7制得的硅合金、石墨烯復合材料的粉末在IOMPa的壓力下壓成圓片，室溫下用D41-11D/ZM型雙電測四探針測試儀測試電導率。當測試電流顯示為探針系數(shù)時，按下電阻率P的按鈕，則屏幕直接顯示電阻率P值，按照Y = I/P直接計算出電導率。
具體測試數(shù)據(jù)如下表所示
實施例1234567電導率 S/m8.1 X IO39.7 X IO39.3 X IO38.4 X IO38.5 X IO37.2 X IO39.0 X IO3
讀表的可以得出，硅合金、石墨烯復合材料相對于硅的電導率(6. 7X10_2S/m)有較大提聞。
以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權(quán)利要求為準。
權(quán)利要求
1.一種硅合金、石墨烯復合材料，其特征在于，包括石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒和石墨烯，所述石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒和所述石墨烯均勻混合且質(zhì)量比為5 I I 20，所述硅合金微納米顆粒在所述硅合金、石墨烯復合材料中的質(zhì)量分數(shù)為0. 1% 20%。
2.如權(quán)利要求1所述的娃合金、石墨烯復合材料，其特征在于，所述娃合金微納米顆粒的粒徑為Inm IOOnm ； 所述硅合金微納米微粒中的金屬為鎳、鐵、銅、鎂、鈷或鋁； 所述硅合金微納米微粒中的金屬所占的質(zhì)量比例為1% 30%。
3.—種硅合金、石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一、提供或制備硅合金微納米顆粒和氧化石墨； 步驟二、將所述氧化石墨在水中超聲分散，形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，然后加入所述硅合金微納米顆粒，在室溫下攪拌后得到均勻分散的氧化石墨烯和硅合金微納米顆粒的混合物，真空干燥后得到氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒； 步驟三、將所述氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒在還原氣氛下熱還原，得到石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒； 步驟四、將所述石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與石墨烯按照質(zhì)量比例5 I I 20混合后球磨，得到均勻混合的硅合金、石墨烯復合材料；所述硅合金微納米顆粒在所述硅合金、石墨烯復合材料中的質(zhì)量分數(shù)為0.1 % 20%。
4.如權(quán)利要求3所述的硅合金、石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述娃合金微納米顆粒的粒徑為Inm lOOnm。
5.如權(quán)利要求3所述的硅合金、石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述硅合金微納米微粒中的金屬為鎳、鐵、銅、鎂、鈷或鋁； 所述硅合金微納米微粒中的金屬所占的質(zhì)量比例為1% 30%。
6.如權(quán)利要求3所述的硅合金、石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述氧化石墨包括如下步驟制備得到將石墨原料、過硫酸鉀和五氧化二磷加入至80°C的濃硫酸中，攪拌均勻，冷卻6小時以上，抽濾，洗滌至中性，干燥，得到混合樣品； 將所述混合樣品加入至0°C的濃硫酸中，再加入高錳酸鉀，體系的溫度保持在20°C以下，然后在35°C的油浴中保持2小時后，緩慢加入去離子水，15分鐘后，再加入含雙氧水的去離子水，直至溶液的顏色變?yōu)榱咙S色，趁熱抽濾，再用濃度為10%的鹽酸進行洗滌，抽濾，60°C真空干燥即得到氧化石墨。
7.如權(quán)利要求3所述的硅合金、石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，步驟一還包括用鹽酸處理所述硅合金微納米顆粒的表面的操作。
8.如權(quán)利要求3所述的硅合金、石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，步驟二中，按照所述硅合金微納米顆粒和所述氧化石墨烯的質(zhì)量比例為1: 5 1: 100向所述氧化石墨烯溶液中加入所述硅合金微納米顆粒。
9.如權(quán)利要求3所述的硅合金、石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，步驟三為將所述氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒放入通有還原性氣體的管式爐中，以10°C /min 100°C /min的速度升溫至200°C 1200°C并持續(xù)Ih 10h，保持還原氣氛冷卻至室溫，得到所述石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
10.如權(quán)利要求3所述的硅合金、石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，步驟四中，所述石墨烯通過液相還原步驟一得到的氧化石墨制得。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅合金、石墨烯復合材料，包括石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒和石墨烯，所述石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒和所述石墨烯均勻混合且質(zhì)量比為5∶1～1∶20，所述硅合金微納米顆粒在所述硅合金、石墨烯復合材料中的質(zhì)量分數(shù)為0.1％～20％。這種硅合金、石墨烯復合材料通過使用具備良好的導電性、空隙分布以及高的機械性能的石墨烯材料取代普通的碳材料，相對于傳統(tǒng)的硅基材料，具有較高的比容。本發(fā)明還提供一種上述硅合金、石墨烯復合材料的制備方法。
文檔編號H01M4/38GK103022437SQ20111028906
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者周明杰, 王要兵, 鐘玲瓏 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司