石墨烯-硅-碳復合負極材料的制備及其儲鋰性能研究.pdf

1、硅因為具有超高的理論比容量和低的放電電位等優(yōu)點，被認為是最有希望的鋰離子電池負極材料之一，然而，由于硅材料在嵌脫鋰的過程中容易發(fā)生嚴重的體積膨脹，造成電極材料的破壞，同時硅的導電性較差，這些缺點限制其商業(yè)化應用。將硅材料納米化或與碳材料復合化可以顯著降低硅材料的體積效應。本文利用二氧化硅機械性能良好和碳材料導電性能優(yōu)異的特點，采用不同的方法，制備出多種結構新穎、形狀可控和循環(huán)性能良好的硅碳復合負極材料。
　　以不同粒徑的納米硅為原

2、料，利用正硅酸乙酯的水解反應在納米硅顆粒表面包覆厚度約為10nm的SiO2，在SiO2/Si材料的基礎上分別以蔗糖和間苯二酚-甲醛樹脂為碳源制備得到碳/SiO2/硅復合材料，對材料進行結構表征和電化學性能測試，發(fā)現(xiàn)SiO2和碳對納米硅形成了雙重包裹，SiO2薄層具有較強的機械性能，限制了硅在鋰化過程中的膨脹程度，碳層除了作為保護層外，還可以利用其優(yōu)良的導電性為離子和電子提供傳輸通道。利用無定形SiO2和碳所具有的化學惰性、多孔性和選擇性

3、滲透等優(yōu)點，顯著提高了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　采用表面改性、靜電自組裝和高溫熱還原制備得到石墨烯/SiOx/硅復合材料，結果顯示粒徑在30-50nm之間的硅顆粒被包裹在石墨烯片層內(nèi)形成三維結構。在0.05A·g-1的電流密度下，電極材料首次可逆容量達到1050mAh·g-1，庫侖效率達到61.71％，經(jīng)過30次循環(huán)后電極容量仍高達1029mAh·g-1，容量保持率為98％，庫侖效率穩(wěn)定在95％以上，表現(xiàn)出遠高于原料硅的容量和循環(huán)穩(wěn)