硅-石墨復(fù)合負(fù)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(fù)極的理論容量相對較低，限制了其在各個領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)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(fù)合材料，能夠緩解Si在鋰合金化過程中體積膨脹大，電導(dǎo)率低以及石墨存在的低比容量問題，因而備受國內(nèi)外相關(guān)研究人員的關(guān)注。到目前為止，已經(jīng)開發(fā)了各種合成方法用于制備Si/石墨復(fù)合材料，包括固相球磨，液相混合和化學(xué)氣相沉積過程。發(fā)展制備Si/石墨復(fù)合材料的方法，有助于推動Si/石墨負(fù)極在商業(yè)化生產(chǎn)中

2、的應(yīng)用。本論文通過引入簡單，高效和可控的技術(shù)，制各出了均勻且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的微納結(jié)構(gòu)Si/石墨復(fù)合材料。主要研究內(nèi)容如下:
　　1.提出了利用液相球磨與化學(xué)氣相沉積技術(shù)相結(jié)合來制備Si/石墨/Cu-碳納米管(CNTs)復(fù)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(fù)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(fù)合材料中。同時，原位合成的碳納米管能夠?qū)⑺薪M分緊密交聯(lián)，構(gòu)建三

3、維穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。將Si/石墨/Cu-CNTs復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極進(jìn)行電化學(xué)測試時發(fā)現(xiàn)，其在0.2A/g的電流下，經(jīng)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(fù)合材料，Si/石墨/Cu-CNTs復(fù)合材料展示出的電化學(xué)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(dǎo)電性以及電化學(xué)循環(huán)過程中的結(jié)構(gòu)完整性。
　　2.通過可控且可擴(kuò)展的自組裝方法制備了微納結(jié)構(gòu)的石墨/Si/還原氧化石墨烯復(fù)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(tuán)（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(jié)構(gòu)設(shè)計能夠克服Si納米顆粒和微米級石墨之間的不相容性。結(jié)果，制各的SGG負(fù)極在0.2C(1C=600mA/g)電流密度下顯示出57