硅/石墨烯复合材料在锂离子电池中的应用

摘要

为提高锂离子电池的电化学性能,采用氧化还原法制备石墨烯、高能机械球磨法制备硅/石墨烯复合材料。利用XRD、SEM、AFM、充放电循环测试、倍率性能测试、交流阻抗图谱对材料进行表征与分析,研究复合材料中硅和石墨烯的比例对锂离子电池电化学性能的影响。结果表明:制备的石墨烯尺寸小于10μm、层数小于4层;复合材料中石墨烯质量分数为65%时,锂离子电池电化学性能大幅提高,首次放电比容量为2050 mAh/g,循环结束后放电比容量为1232 mAh/g,倍率性能表现优异,当电流密度恢复到0.2 A/g时,放电比容量达到1200 mAh/g,交流阻抗图谱曲线表明其电荷转移速率最大。该研究证明石墨烯与纳米硅复合可避免硅与电解液直接接触,有效减缓硅的体积膨胀,明显改善硅基锂离子电池循环稳定性。