石墨烯-硅-碳復(fù)合負(fù)極材料的制備及其儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、硅因?yàn)榫哂谐叩睦碚摫热萘亢偷偷姆烹婋娢坏葍?yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有希望的鋰離子電池負(fù)極材料之一，然而，由于硅材料在嵌脫鋰的過(guò)程中容易發(fā)生嚴(yán)重的體積膨脹，造成電極材料的破壞，同時(shí)硅的導(dǎo)電性較差，這些缺點(diǎn)限制其商業(yè)化應(yīng)用。將硅材料納米化或與碳材料復(fù)合化可以顯著降低硅材料的體積效應(yīng)。本文利用二氧化硅機(jī)械性能良好和碳材料導(dǎo)電性能優(yōu)異的特點(diǎn)，采用不同的方法，制備出多種結(jié)構(gòu)新穎、形狀可控和循環(huán)性能良好的硅碳復(fù)合負(fù)極材料。
　　以不同粒徑的納米硅為原

2、料，利用正硅酸乙酯的水解反應(yīng)在納米硅顆粒表面包覆厚度約為10nm的SiO2，在SiO2/Si材料的基礎(chǔ)上分別以蔗糖和間苯二酚-甲醛樹(shù)脂為碳源制備得到碳/SiO2/硅復(fù)合材料，對(duì)材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征和電化學(xué)性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)SiO2和碳對(duì)納米硅形成了雙重包裹，SiO2薄層具有較強(qiáng)的機(jī)械性能，限制了硅在鋰化過(guò)程中的膨脹程度，碳層除了作為保護(hù)層外，還可以利用其優(yōu)良的導(dǎo)電性為離子和電子提供傳輸通道。利用無(wú)定形SiO2和碳所具有的化學(xué)惰性、多孔性和選擇性

3、滲透等優(yōu)點(diǎn)，顯著提高了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　采用表面改性、靜電自組裝和高溫?zé)徇€原制備得到石墨烯/SiOx/硅復(fù)合材料，結(jié)果顯示粒徑在30-50nm之間的硅顆粒被包裹在石墨烯片層內(nèi)形成三維結(jié)構(gòu)。在0.05A·g-1的電流密度下，電極材料首次可逆容量達(dá)到1050mAh·g-1，庫(kù)侖效率達(dá)到61.71％，經(jīng)過(guò)30次循環(huán)后電極容量仍高達(dá)1029mAh·g-1，容量保持率為98％，庫(kù)侖效率穩(wěn)定在95％以上，表現(xiàn)出遠(yuǎn)高于原料硅的容量和循環(huán)穩(wěn)