杨凯，苏哲安，刘艳，谢志勇，黄启忠



高温氢还原法制备纳米硅/石墨烯复合材料的结构与电化学性能

杨凯，苏哲安，刘艳，谢志勇，黄启忠

(中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙410083)

将 Hummers法制备的氧化石墨烯(graphene oxide, GO)与纳米硅粉进行超声复合和高温氢还原，制备锂离子电池用纳米硅/石墨烯(Si/G)复合材料。利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和Raman光谱分析，对Si/G复合材料的形貌与结构进行分析与表征，并测试其电化学性能。结果表明，通过高温氢还原，氧化石墨烯全部还原为石墨烯，无其它杂质相生成。石墨烯包覆在纳米硅颗粒表面，形成层状复合结构；与纯纳米硅粉相比，Si/G复合材料的电化学性能明显提高，在300 mA/g电流密度下，首次放电比容量为2 915.0 (mA·h)/g，首次充电比容量为1 080.5 (mA·h)/g，20次循环后比容量稳定在969.6 (mA·h)/g，库伦效率为99.8%；而纯纳米硅粉的首次放电比容量和首次充电比容量分别为932.7和349.4 (mA·h)/g，20次循环后比容量仅为6.4 (mA·h)/g。

锂离子电池；石墨烯；纳米硅粉；高温氢还原法；电池容量

可充电锂离子电池由于其良好性能(高比容量，高工作电压，自放电小)以及环境友好性，广泛应用于手机、电脑、摄像机等便携式电子设备。动力锂离子电池被视为未来电动车的理想电源[1−5]。电极材料是影响锂离子电池性能的关键因素。硅的理论比容量为4 200 (mA·h)/g，且充放电电位较低，是锂离子电池的理想电极材料。但是硅在锂离子脱嵌过程中发生Li-Si合金化反应时产生高达300%的体积膨胀，导致电极粉化失效，锂电池容量剧烈衰减[6]。此外，硅的导电性较差，而且硅作为锂离子电池负极材料在首次循环中形成的SEI膜不稳定[7]。……