[发明专利]表面改质的粉末

说明书

技术领域

本发明涉及提供一种粉末，尤其涉及一种表面改质的粉末。

背景技术

目前已商业化的高能量锂离子电池负极多以石墨制成，然而其理论电容量仅止于372mAh/g。为了突破此容量限制，对于新兴负极的研究已广泛地展开，其中特别是以锡基材料(Sn：998mAh/g,SnO₂：780mAh/g)与硅基材料(Si：4200mAh/g)两者的合金系统最具发展潜力。然而不管锡基或是硅基的负极材料，在充放电过程中锂离子迁入迁出都伴随着剧烈的体积膨胀收缩，而往往导致合金材料崩解并大幅降低电池循环寿命，因此已成为目前的合金负极材料商业化的最大阻碍。其中硅基材料会成为现今大家所极力开发的锂电池负极材料之一的主要原因是地壳含量丰富，加上理论电容量更高达4200mAh/g。但由于其在充放电之间的体积膨胀率高达300%，因而导致负极崩解、碎裂，电极结构易松脱与粉化，在几次充放电循环之下电容量就迅速消耗殆尽，因此限制了其商业上的应用。

为了克服体积变化率过大所造成的问题，在业界上最常使用方式是使用导电碳将纳米Si粒子进行包裹。这样除了可大幅降低硅粒子体积膨胀效应问题，还可改善硅导电性不佳问题，为最符合成本效应的方式。石墨烯为单层石墨，其具有完整的sp2的二维平面结构，近年来已被成功制备出来并且被发现系具有许多特殊性质，例如绝佳的机械强度、高比表面积、高电子导电性与化学稳定性，因此也陆续被应用在能源科技方面。在现有技术中，会将硅与石墨烯进行结合以制备硅/石墨烯复合材料，并应用于锂离子电池负极上，其中石墨烯在复合材料中可扮演缓冲层的角色并改善Si本身较差的导电性，借以增加其电池的循环充放电稳定性。

虽然形成复合材料后可以改善充放电稳定性，但目前所遭遇问题是其仍无法将Si粒子均匀分散至石墨烯层之间，因此导致电容量会随充放电圈数增加而衰退。

为了克服硅粒子分散问题，可以添加界面活性剂(surfactant modification)或是以化学改质(chemical functionalization)来改善硅粒子分散不佳问题，但上述这些方式都会大幅增加材料合成的成本。因此，研发一种简单且仅需低成本即可改善硅粒子分散的方式，是目前所迫切需要的。

发明内容

本发明的第一方面提供一种对粉末进行表面改质的方法，包含下列步骤：(a)将该粉末与第一溶剂混合；以及(b)将该粉末与该第一溶剂分离。

本发明的另一方面提供一种对粉末进行表面改质的方法，包含下列步骤：提供改质剂；以及使该改质剂分布于该粉末的表面，使该粉末的表面具有介电常数。

本发明的又一方面提供一种对粉末进行表面改质的方法，包含下列步骤：提供改质剂；以及使该改质剂分布于该粉末的表面，使该粉末的表面具有表面电位。

在本发明的一个具体实施例中提供一种经表面改质的粉末，其中该粉末的表面残留有第一极性非质子溶剂，以使得该粉末的表面所具有的介电常数为5以上，并使得该粉末的表面所具有的表面电位为20毫伏以上，其中该第一极性质子溶剂为水、醇类或其任意组合，而该粉末可以为纳米粉末、颗粒、粒子、纳米粒子或其任意组合，另外该粉末可以为硅粉末、锗粉末或锡粉末。

在本发明上述具体实施例中，该极性非质子溶剂可以选自于由N-甲基吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone，NMP)、乙腈(Acetonitrile)、N-乙基-2-吡咯烷酮(N-Ethyl-2-pyrrolidone，NEP)或二甲基甲酰胺(Dimethylformamide，DMF)、乙酸乙酯(Ethyl Acetate)、四氢呋喃(Tetrahydrofuran，THF)、二氯甲烷(Dichloromethane，DCM)、丙酮(Acetone)或其任意组合所构成的群组。

在本发明又一个具体实施例中提供了一种硅/石墨烯粉末的制备方法，其包含下列步骤：(a)将氧化石墨烯分散于第二极性质子溶剂中；(b)将上述本发明的经表面改质的粉末与该经分散的氧化石墨烯混合，以形成混合物；以及(c)将该混合物在氢气与氩气混合气的环境下加热至特定温度，以使得该氧化石墨烯还原成石墨烯，其中该第二极性质子溶剂可以为水、醇类或其任意组合，而该特定温度介于约500℃至700℃之间。同时上述经表面改质的粉末在分散于该第二溶剂之后，以紫外光-可见光分光光谱仪进行分析，其在600纳米的波长下，吸收强度高于约0.5任意单位。