鋰離子電池硅基負(fù)極材料的制備與性能研究.pdf

1、在鋰離子電池中，由于硅的理論容量比較高（最高的理論比容量為4200mA g-1），受到人們的廣泛關(guān)注。但是由于電極材料在循環(huán)過程中，會出現(xiàn)粉碎現(xiàn)象，導(dǎo)致循環(huán)性能急劇下降。通過引入導(dǎo)電性高、柔韌性好、機(jī)械強(qiáng)度大的石墨烯為第二相，與硅形成復(fù)合材料，可以解決以上難題，使得硅基負(fù)極材料的電化學(xué)性能顯著得提高。本論文通過不同的制備方法，成功的制備出不同結(jié)構(gòu)的硅@石墨烯復(fù)合材料。利用 XRD、SEM、TEM、TG和 AFM等技術(shù)對材料的微觀結(jié)構(gòu)和形

2、貌進(jìn)行分析，并分別測試了其電化學(xué)性能。論文主要內(nèi)容如下：
　　1、水熱法是制備三維自組裝石墨烯最常用、最簡單的方法。本文采用一步水熱法，將石墨烯與硅納米顆粒（經(jīng)多巴胺修飾）制備成三維復(fù)合材料，經(jīng)碳化后得到目標(biāo)產(chǎn)物硅@無定形碳@三維石墨烯結(jié)構(gòu)（Si@a-C@3DGO）。經(jīng)多巴胺表面修飾后的硅粉在水中的分散性得到明顯的改善，進(jìn)而改善了硅納米顆粒在復(fù)合材料中的分散性；三維石墨烯中的孔道結(jié)構(gòu)可以有效的緩解硅在脫嵌鋰過程中產(chǎn)生的體積效應(yīng)，同

3、時(shí)極大的降低了電荷轉(zhuǎn)移電阻。因此，S i@a-C@3DGO電極在500 mA g-1的電流密度下，首次放電容量為1703.2mAh g-1，并且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，但是倍率性能比較差。
　　2、受豌豆莢結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，本文提出了中空的硅@無定形碳@石墨烯納米卷結(jié)構(gòu)（記為：S i@a-C@GNSs），經(jīng)無定型碳包覆的硅納米顆粒（記為S i@a-C）能夠均勻的分散在石墨烯納米卷通道中，并且在石墨烯與 Si@a-C納米顆粒之間留有足夠的空

4、間。將多巴胺修飾過的Si納米顆粒分散液與氧化石墨烯混合并經(jīng)冷凍干燥、高溫退火處理，制得具有豌豆莢狀的Si@a-C@GO復(fù)合材料。對于高性能的Si負(fù)極材料來說，該結(jié)構(gòu)具有許多獨(dú)特的電化學(xué)特性。例如：為電子和離子提供有效的通道；可以有效的緩沖Si的體積變化，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；具有柔韌性的石墨烯殼層可有效的抑制 Si表面形成新的固體電解質(zhì)相界面(solid e lectrolyte interphase。SEI)膜。基于以上優(yōu)點(diǎn)，S i@a-C@GO