自組裝納米硅-S、N摻雜石墨烯復(fù)合材料的制備及儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、現(xiàn)如今，新能源電動(dòng)汽車的開發(fā)逐步加快，鋰離子電池因其具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用在電動(dòng)汽車上。負(fù)極材料是影響電池性能的關(guān)鍵因素之一，現(xiàn)已商業(yè)化的石墨負(fù)極材料,理論比容量只有372mAhg-1,已經(jīng)無法滿足新一代鋰離子電池的要求。而硅能與鋰形成理論比容量最高為4200mAhg-1的鋰硅合金Li22Si5成為最具有吸引力和最被廣泛研究的負(fù)極材料之一。但硅材料導(dǎo)電率低和在脫嵌鋰過程中體積效應(yīng)極大地限制了其實(shí)際應(yīng)用，將硅材料納米化和復(fù)合化是

2、目前的主要研究方向。
　　石墨烯(G)獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)和顯著的機(jī)械性能、突出的電子性能、良好的電導(dǎo)率以及較寬的電化學(xué)窗口等優(yōu)異的物理化學(xué)性能在各領(lǐng)域引起廣泛研究和關(guān)注，雜原子的取代摻雜能調(diào)控石墨烯物理化學(xué)性質(zhì)，可表現(xiàn)出比純石墨烯更優(yōu)異的性能。本文以摻雜石墨烯為基礎(chǔ)，分別通過水熱反應(yīng)法一步制備了摻雜石墨烯、摻雜石墨烯/納米硅復(fù)合材料作為鋰離子電池電極材料，并對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了研究。
　　首先，以硫化鈉為S源、尿素為N源制得單摻

3、雜石墨烯(S-G、N-G)以及以硫脲為S、N源制得雙摻雜石墨烯(SN-G)。單、雙摻雜石墨烯都具有疏松多孔的3D結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的機(jī)械性能，應(yīng)用于鋰離子負(fù)極材料無需添加粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑。與單摻雜樣品相比，SN-G樣品的循環(huán)性能、庫倫效率較好，比容量亦更高。SN-G在電流密度為200mA/g下，50次循環(huán)后容量保持在550 mAhg-1，庫倫效率為94.26%。
　　其次，采用硫化鈉、尿素作為摻雜劑兼還原劑，通過靜電自組裝一步獲得三維硫、氮

4、單摻雜石墨烯/納米硅復(fù)合材料(S-G@Si、N-G@Si)和共摻雜石墨烯/納米硅復(fù)合材料(SN-G@Si)。硫、氮共摻雜石墨烯與納米硅的復(fù)合材料的電化學(xué)性能優(yōu)于單摻雜材料，在電流密度400mA/g時(shí)，SN-G@Si材料首次放電比容量可達(dá)到2251mAhg-1，100次循環(huán)后比容量保持為1298mAhg-1，庫倫效率可以達(dá)到99.68%。
　　最后，通過設(shè)計(jì)納米硅與石墨烯之間的比例和選擇不同硫氮源等條件來研究SN-G@Si電化學(xué)性能