硅-石墨烯納米復合材料作為鋰離子電池負極材料的研究.pdf

1、硅材料具有最高的理論比容量(4200mAh·g-1),有望替代傳統(tǒng)石墨負極,從而成為鋰離子電池的新型負極材料。但是硅在充放電過程中會發(fā)生巨大的體積膨脹(>300％),導致活性物質粉化脫落,硅顆粒間的電接觸下降,容量迅速衰減,從而阻止了其商業(yè)化應用。本課題通過利用石墨烯的高比表面積、優(yōu)異導電性和強機械韌性,有效提高了硅負極的循環(huán)性能。分別研究了由靜電自組裝法得到的 Si/G復合材料和利用抗壞血酸(VC)還原、冷凍干燥制備得到的三維多孔結構

2、Si/G復合材料的結構組成和電化學性能。
　　靜電自組裝法制備的Si/G復合材料,通過XRD、SEM、TEM等測試證明了納米Si粒子和石墨烯之間發(fā)生有效復合,且TG測試表明石墨烯在Si/G復合材料中的含量為25%。相比純 Si負極,該 Si/G復合材料的電化學性能明顯提高,在200mA·g-1的電流密度下首次脫鋰容量1061mAh·g-1,50次循環(huán)后可逆容量保持在707mAh·g-1,而純Si負極僅有62mAh·g-1。其原因在

3、于石墨烯作為導電網絡將納米Si顆粒相互連接,阻止了Si顆粒的團聚,增強了Si顆粒間的電接觸,提高了電子導電性。
　　利用VC還原和冷凍干燥制備出了三維多孔結構的Si/G復合材料。SEM、TEM測試表明該材料中納米Si顆粒均勻分散于石墨烯片層,且負載著納米Si粒子的石墨烯片層相互堆疊形成三維多孔結構,TG曲線表明石墨烯的含量為40.72%。電化學測試結果表明該材料具有良好的循環(huán)性能,50次循環(huán)后可逆容量保持在756mAh·g-1。這