硅-石墨復合負極材料的改性制備及儲鋰性能研究.pdf

1、傳統(tǒng)商業(yè)石墨負極的理論容量相對較低，限制了其在各個領域的大規(guī)模應用。以納米Si(理論容量3600mAh/g)修飾微米級石墨來制備高性能Si/石墨復合材料，能夠緩解Si在鋰合金化過程中體積膨脹大，電導率低以及石墨存在的低比容量問題，因而備受國內外相關研究人員的關注。到目前為止，已經開發(fā)了各種合成方法用于制備Si/石墨復合材料，包括固相球磨，液相混合和化學氣相沉積過程。發(fā)展制備Si/石墨復合材料的方法，有助于推動Si/石墨負極在商業(yè)化生產中

2、的應用。本論文通過引入簡單，高效和可控的技術，制各出了均勻且結構穩(wěn)定的微納結構Si/石墨復合材料。主要研究內容如下:
　　1.提出了利用液相球磨與化學氣相沉積技術相結合來制備Si/石墨/Cu-碳納米管(CNTs)復合材料的方法。主要過程包括球磨商業(yè)微米尺寸Si，Cu和石墨得到Si/石墨/Cu三元復合物，然后通過Cu的催化生長碳納米管。Si，Cu和石墨組分均勻地分布在復合材料中。同時，原位合成的碳納米管能夠將所有組分緊密交聯(lián)，構建三

3、維穩(wěn)定的導電網(wǎng)絡。將Si/石墨/Cu-CNTs復合材料作為鋰離子電池負極進行電化學測試時發(fā)現(xiàn)，其在0.2A/g的電流下，經過100次循環(huán)后顯示出646.5mAh/g的高可逆容量，容量保持率為87.6％。同時在0.5A/g充放電200次后，依然有538mAh/g的容量維持。相比Si/石墨/Cu和Si/石墨復合材料，Si/石墨/Cu-CNTs復合材料展示出的電化學性能更加突出，其性能的改善主要是由于石墨，Cu和碳納米管的協(xié)同作用，有利于提高

4、材料的導電性以及電化學循環(huán)過程中的結構完整性。
　　2.通過可控且可擴展的自組裝方法制備了微納結構的石墨/Si/還原氧化石墨烯復合材料(SGG)。自組裝過程是通過酰胺基改性的石墨與富含官能團（羧基或羥基）的氧化石墨烯之間的氫鍵相互作用實現(xiàn)的。在這個過程中，Si分布在石墨片和氧化石墨烯片之間。這種新穎的結構設計能夠克服Si納米顆粒和微米級石墨之間的不相容性。結果，制各的SGG負極在0.2C(1C=600mA/g)電流密度下顯示出57