硅-石墨烯納米復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)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(fù)極,從而成為鋰離子電池的新型負(fù)極材料。但是硅在充放電過(guò)程中會(huì)發(fā)生巨大的體積膨脹(>300％),導(dǎo)致活性物質(zhì)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(yīng)用。本課題通過(guò)利用石墨烯的高比表面積、優(yōu)異導(dǎo)電性和強(qiáng)機(jī)械韌性,有效提高了硅負(fù)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(fù)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(jié)構(gòu)

2、Si/G復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)組成和電化學(xué)性能。
　　靜電自組裝法制備的Si/G復(fù)合材料,通過(guò)XRD、SEM、TEM等測(cè)試證明了納米Si粒子和石墨烯之間發(fā)生有效復(fù)合,且TG測(cè)試表明石墨烯在Si/G復(fù)合材料中的含量為25%。相比純 Si負(fù)極,該 Si/G復(fù)合材料的電化學(xué)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(fù)極僅有62mAh·g-1。其原因在

3、于石墨烯作為導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)將納米Si顆粒相互連接,阻止了Si顆粒的團(tuán)聚,增強(qiáng)了Si顆粒間的電接觸,提高了電子導(dǎo)電性。
　　利用VC還原和冷凍干燥制備出了三維多孔結(jié)構(gòu)的Si/G復(fù)合材料。SEM、TEM測(cè)試表明該材料中納米Si顆粒均勻分散于石墨烯片層,且負(fù)載著納米Si粒子的石墨烯片層相互堆疊形成三維多孔結(jié)構(gòu),TG曲線表明石墨烯的含量為40.72%。電化學(xué)測(cè)試結(jié)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