本科毕业设计论文
GRADUATIONDESIGNTHESIS
题目：学生姓名：指导教师：学院：
硅石墨烯热解碳复合材料的制备与性能研究陈永爱郭华军教授冶金与环境学院
专业班级：新能源材料与器件1101
本科生院制
2015年6月
f硅石墨烯热解碳复合材料的制备及电化学性能研究
硅石墨烯热解碳复合材料的制备及电化学性能研究
摘要
目前锂离子电池商业化的负极材料主要是碳材料，但是锂离子电池越来越趋向高能量密度发展。硅因具有最高的理论比容量4200mAhg1而成为最具前景的负极材料之一。但是硅在脱嵌锂过程中巨大的体积膨胀（～320）、电子电导率低等缺点使硅作为负极材料的循环性能很差，从而使硅的商业化应用受到限制。本文针对硅的体积效应对循环性能的影响，采用有机热解碳和石墨烯对纳米硅的包覆来改善硅的循环性能。本文采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，用硅、氧化石墨烯和有机热解碳的三相复合。采用液相固化高温热还原法来制备硅碳复合材料，硅石墨烯复合材料中硅、石墨烯质量比为82硅石墨烯热解碳复合材料中质量比为712。实验研究了不同温度和不同热处理时间对材料的结构、形貌以及电化学性能影响。实验结果表明包覆后的纳米硅颗粒分散更均匀，颗粒更大，团聚有所减少但仍然严重。随后对复合材料进行电化学性能研究，得到优化合成条件：还原温度为500℃，热处理时间为3h。采用200mAhg的电流密度测出复合材料的首次充放电比容量分别为17514mAhg和23398mAhg，首次库伦效率为76。但30次循环后，可逆比容量只有350mAhg左右，容量保持率只有20左右。为了进一步提高复合材料的结构稳定性，在优化条件实验下制备复合材料，先对纳米硅表面预包覆一层有机热解碳来降低纳米硅颗粒的表面活性，使其团聚现象减弱。再随后采用石墨烯与热解碳包覆预处理后的纳米硅得到优化条件下的复合材料。电化学性能测试得出复合材料的循环性能有明显改善，首次充放电容量分别为11871mAhg和17051mAhg，首次库伦效率为70。30次循环后，容量保持率提升到了60左右。
关键词：锂离子电池纳米硅石墨烯负极材料循环性能
I
f硅石墨烯热解碳复合材料的制备及电化学性能研究
Preparatio
a
dpropertiesofsilico
graphemepyrolyiccarbo
compositea
odematerials
ABSTRACT
Curre
tlycommercializedlithiumio
batterya
odematerialsaremai
lycarbo
materialbutthelithiumio
batterieshasshow
thedevelopme
ttre
dofhighe
ergyde
sitySi
cesilico
hasthehighesttheoreticalspeicififcapacity4200mAhgitbecomeso
eofthemostpromisi
ga
odematerialr