鋰離子電池硅-rGO復(fù)合負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能.pdf

1、近年來，隨著對鋰離子電池性能要求不斷的提高，國內(nèi)外開展了高比容量、長循環(huán)壽命電池負(fù)極材料的研究。與商業(yè)化的碳材料相比，硅材料具有高的理論比容量（4200mAhg-1）有望成為下一代鋰離子電池應(yīng)用的負(fù)極材料。但是硅在脫嵌鋰過程中所產(chǎn)生的體積變化(＞300％)易導(dǎo)致電極結(jié)構(gòu)破壞，從而使電池的循環(huán)性能急劇衰減。通過與石墨烯復(fù)合構(gòu)建多孔納米結(jié)構(gòu)，可以緩沖硅在充放電過程中產(chǎn)生的體積應(yīng)力，提高電極材料的導(dǎo)電性，在一定程度上提高硅負(fù)極材料的循環(huán)性能。

2、本論文以Si負(fù)極材料為研究對象，通過與還原氧化石墨烯（rGO）復(fù)合方法上的創(chuàng)新設(shè)計以提高材料的電化學(xué)性能。
　　主要內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　(1)以銅片為基底，采用水滴模板法制備了具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)Si/H-rGO復(fù)合薄膜，蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)能夠有效阻止Si顆粒在循環(huán)過程中的團(tuán)聚，緩解體積膨脹，促進(jìn)電解液與電極材料的接觸，縮短鋰離子傳輸距離。采用蜂窩狀rGO包覆Si提高了電極的導(dǎo)電性，并且復(fù)合薄膜與銅基底直接接觸，減少了由于添加

3、粘結(jié)劑而產(chǎn)生的內(nèi)阻。Si/H-rGO復(fù)合薄膜電極呈現(xiàn)高比容量和良好的倍率性能，在50 mA g-1電流密度下循環(huán)50次后容量保持在1118 mAh g-1。該方法具有操作簡單制備方法溫和的優(yōu)勢。
　　(2)采用水熱方法制備了Si/rGO氣凝膠，并利用水蒸氣刻蝕的方法在rGO片層上打孔制備高比表面積的多孔rGO導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，并對Si顆粒進(jìn)行了有效的包覆。該多孔結(jié)構(gòu)降低了鋰離子傳輸距離，并抑制了Si顆粒的團(tuán)聚和粉化。通過兩次水熱提高了rG

4、O的還原性，增加了電極的的導(dǎo)電性。在50 mA g-1電流密度下多孔Si/rGO氣凝膠薄膜電極循環(huán)100次后容量保持在1004mAhg-1。
　　(3)采用液-氣界面的溫度差冷卻成膜的方法制備出具有層與層堆積結(jié)構(gòu)的自支撐Si/rGO復(fù)合薄膜，再利用水合肼進(jìn)行還原產(chǎn)生的蒸汽作為模版，獲得多孔結(jié)構(gòu)Si/rGO復(fù)合薄膜。這種多孔Si/rGO復(fù)合薄膜可以有效緩解硅的體積膨脹，縮短鋰離子的傳輸距離，提高了整體電極的導(dǎo)電性，且無基底的電極避免

5、了集流體與活性材料間的接觸電阻，對柔性儲能器件的應(yīng)用提供了一定的指導(dǎo)。直接將該自支撐多孔Si/rGO復(fù)合薄膜作為電極，呈現(xiàn)了良好的循環(huán)性能，在50 mA g-1電流密度下循環(huán)70次后容量保持為1261mAh g-1，并具有良好的倍率性能。
　　(4)采用抽濾成膜的方法制備了含Ag納米線和rGO導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的自支撐Si/Ag/rGO復(fù)合薄膜。Ag納米線與rGO片的協(xié)同作用可以更有效提高電極在充放電過程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，降低薄膜電極的電荷轉(zhuǎn)移