基于石墨烯-硅納米粒子鋰離子電池負極復合材料的研究.pdf

1、硅作為鋰離子電池負極材料，具有極高的理論比容量（～4200mAh·g-1），被認為最有望取代傳統(tǒng)石墨負極(372mAh·g-1)的材料之一。然而在充放電過程中，硅存在巨大的體積膨脹(＞300％)，容量快速衰減，限制了其應用。石墨烯作為一種二維材料，具備高比面積、優(yōu)異的導電性和力學性能等特性，可望提高硅在充放電過程中的電化學性能和穩(wěn)定性。本課題采用氧化石墨烯(GO)為前驅(qū)體，制備了不同成分比的石墨烯/納米硅(G/Si)復合材料，研究了復合

2、物配比、還原溫度和聚乙烯醇對其形貌、結(jié)構(gòu)、成分以及電化學性能的影響。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下;
　　(1)研究了預處理硅和石墨烯/硅成分比的作用。采用氫氟酸對商用納米硅粉(100～120nm)進行刻蝕預處理，可有效去除硅表面氧化層，經(jīng)預處理之后的硅粉具有更高的比容量，但循環(huán)穩(wěn)定性仍較差。將預處理的硅粉與石墨烯復合后發(fā)現(xiàn)，隨硅含量的減少，復合材料的比容量先增加后降低，循環(huán)穩(wěn)定性得到了大幅的提高。當氧化石墨烯與納米硅(GO/Si)比值為

3、6∶3時，還原后制備的負極材料綜合性能最好，100次循環(huán)后容量仍保持866.2mAh·g-1，說明石墨烯與硅的復合提高了負極材料的循環(huán)穩(wěn)定性;
　　(2)研究了熱處理溫度對GO/Si復合材料的影響。結(jié)果表明G/Si復合材料導電性隨還原溫度升高而增大，鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性隨溫度的升高而提高，但溫度達到1050℃時，石墨烯結(jié)構(gòu)混亂度增加，拉曼分析D峰與G峰比值明顯增大;同時，透射電鏡中發(fā)現(xiàn)硅納米顆粒之間發(fā)生團聚，首次放電容量最低。綜

4、合比較，當還原溫度為700℃，負極材料的電化學性能較好;
　　(3)研究了聚乙烯醇（PVA）添加量的作用。在GO/Si=6∶3的前提下，制備了氧化石墨烯/納米硅/聚乙烯醇（GO/Si/PVA）復合材料，PVA的添加可改善復合材料的結(jié)構(gòu)，還原后，材料表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學性能，研究表明GO/Si/PVA為6∶3∶2時，樣品的電化學性能最優(yōu)，穩(wěn)定性明顯改善，經(jīng)過100次循環(huán)以后，可逆比容量為933.6mAh·g-1，容量保持率達到82.8