硅石墨烯负极材料最近文献综述

VVOPPTJOPPJPPTL8-LOPPNN]MinsuGuSeungheeKo,SeungminYoo等[1]提出了一种同轴核壳硅-结构的制备采用双喷嘴设备进行湿纺组装。其中，核由银包覆的纳米硅混合液组成，壳是氧化石墨烯分散液，分别由两个喷丝头进入，然后用水合肼OAgSi示意图SiAgTRGO900复合材料电极无需导电剂，在0.2C倍率下，首次充放电容量mAhgmAh/g，首次库仑效率为79.7%，100个循环后的充电容量为766mAhg量保持率为79.8%。JaegyeongKimChangilOhChangjuChae2]采用水性溶胶凝胶法制备出出了Si/C-redwithgraphenenetworks)复合材料。其中，溶胶凝胶系统由硅纳米颗粒、间苯二酚-烯溶液，接着超声分散均匀，然后加入间苯二酚、甲醛(碳源前驱体)以及碳酸钠(催化剂)进行的复合凝胶在850℃下高温碳化处理即可制备出目标产物。具体制备示意图SiCIWGNs的石墨烯(1-10wt%)能够有效的提高复合材料的循环稳定性，这主要归功于以下因素：1)石墨烯网络在复合IWGNs还制备了Si-Gr(由Si/C-IWGN和石墨组成)复合材料，在100mA/g的电流密度下，首次库仑效率为80.0%，容量高达800-HaiLiChunxiangLu,BaopingZhang硅颗粒、蔗糖和氧化石墨烯混合物进行冷冻干燥后进行热处理，制备出了SiCG了纳米硅颗粒的碳包覆的同时，也解决了石墨烯基片在复合材料的Si纳米颗粒、蔗糖和GO水溶液的混合物1)冷冻干燥；2)在氮气氛围内1000℃下热处理成电池后进行测试，在500mAh/g的电流密度下，首次充放电容量分别为208mAhgmAhg7%，100个循环后比容量依然高达1410mAh/g，容量保持率性能和可恢复性能，如图图4Si@C/G在500mAh/g下的循环性能测试(c);倍率性能测试(d)henZhenLiWeiWangZhihuLi的很多报道均使用大量的粘结剂来提高硅碳复合材料的循环稳定性，但是牺牲了质的容量，作者在不损失活性物质的前提下，尝试了各种导电剂在多孔硅碳复合材料中建来提高复合材料的结构稳定性，从而提高循环寿命。结果发现，零维的MCMB桥接电极在循环80个周期后容量保持率为80%，VGCF(气相生长碳纤维)桥接的电极能200个循环后的容量为800mAh/g，容量保持率为79%，rGO(石墨烯)桥接的电极能保持220个循环，容量保持率为91%。如图作者的硅碳负极复合材料的制备过程大致如下：纳米二氧化硅颗粒，蔗糖和导电剂(如SP)液中，然后对上述悬浮液进行喷雾干燥，接着将粉末在氩气的氛围中900℃WenyueLiYongbingTang,WenpeiKang了一种温和的镁还原/葡萄糖碳化方法来制备Si/C复合材料。该方法以氯化钠为模泡沫纳米结构，中空Si/C纳米微球均匀地在碳薄片上进行自组装，形成类似该碳薄片载体能有效的促进电荷转移过程，且Si/C复合材料的碳壳抑制了SEI空结构和碳薄片的设计能有效的缓冲纳米硅的体积膨胀，从而保证复合材料能。该复合材料的大致制备步骤如下：首先将SiO2纳米微粒均匀地分散在氯，之后将水缓慢蒸发，随着氯化钠晶体的析出，晶体表面上会覆盖上SiO2微粒后，将获得的样品与镁粉混合均匀，在Ar/H2的还原气氛中650℃下进行煅烧iOHCl板和残留的镁粉移除即可制备出汽泡纸核壳Si/C纳米结构复合材料，具体成电池，充放电电压范围为0.01-VAgAg密度。首次脱锂容量达到2137mAh/g，首次库仑循环后，容量约为1018mAh/g，容量保持率为93.6%。将倍率提高到0.5,1AgmAhg2、973、840、671mAh/g，表现出了较好的倍率性能AgmAhg较好的恢复性能。如图8所示：图81A/g电流密度下的循环性能测试(左)；倍率性能测试(右)anYiJiantaoZaiFangDai道了微尺寸的石墨烯包覆Si/C颗粒制备复合材料，石墨烯提供了额外的电子转移途径C这种导电网络同时存在于颗粒内部和颗粒与颗粒之间，大致制备步骤如下：首先将SiO(2um)均匀分散于水溶液中，然后加入PDDA，继续搅拌0.5h，紧接着加入GO分散液，搅OPDDASiO混合物。真空干燥后置于管式炉中(Ar/H2=95:5,V/V)950℃下高温碳化5h，然后采用HF(20%)溶液刻蚀掉SiO2，最后将上述制备的G/Si复合材料置于管式炉中在乙炔气和高纯氩气(9:1)氛围内800℃下碳包覆10min(100sccm)即可制得G/Si-C复合材料，制备过程示意图如图9所示：作者对面积比容量方面做了详细的研究，结果发现高质量负载(高的活性材料利用率)可以AhcmDaChenRanYi,ShuruChen球磨和热处理制备出了硅/石墨烯复合材料。大致制备步骤如下：首先配制NMP作为溶剂的PVDF溶液(4wt%)，然后将硅纳米颗粒和氧化石墨烯分散液加入到上述制备的溶液中磨机球磨10小时，真空干燥后置于管式炉中在氩气的氛围中700℃下高温型的粘结剂。与纯硅负极相比，硅/石墨烯复合负极有更好的循环性料的首次充放电容量分别为1553mAh/g和1314mAh/g，首次库仑效率为84.mAh/g和484mAh/g，容量保持率分别为87.2%和31.2%。在倍率方000mA/g和4000mA/g时容量依然能保持766mAh/g和458mAh/g，如图10所示：图10硅/石墨烯复合材料与纯硅的循环性能对比(A);倍率性能对比(B)FeiLiHongweiYue，ZhiboYang化学气相沉积法在无需支撑的石墨烯泡沫上沉积硅薄膜制备出复合材料，制备步骤CVD法首先在泡沫镍上生长，然后将泡沫镍基底转移至石英管式炉中，在1000℃下煅烧20min(Ar:H2=500sccm:200sccm)，之后将CH4(30sccm)通入管式炉中10min，然后基底迅速降温至100℃(150℃/min),将获得的石墨烯薄膜修饰的泡沫镍放入PMMA溶液中(4%，苯甲醚溶剂)，然后180℃烘烤30min，镍骨架在FeCl3/HCl(80℃)溶液中蚀刻掉，在加热的丙酮溶时无需粘结剂和添加剂，在0.22mA/cm2的电流密度下，面积比容量可达到1.4mAh/cm2，即相当于质量比容量620mAh/g(整个电极质量)。ngqiangChenPeiteBaoXiaodanHuang通过热气泡喷射辅助CVD法和镁热还原法制备出了分层三维碳包覆多孔硅纳米微球@石墨烯泡沫(GF)纳米复合材料(C@Si@GF)。大致制备过程如下：石墨烯泡沫的制备：首先氧化石墨烯与硬脂胺(ODA)混合，在90℃下回流15小时，制备出GO-ODA氨酯泡沫浸入上述GO-ODA理30min，洗涤真空干燥后将其放入管式炉中在热到95℃形成蒸汽，在石英管中700℃下并与H2/Ar气一起混合组合成混合气GFSiO粒负载于GF中，冷却至室温后在手套箱中与镁粉混合，然后转移至管式HAr00℃下煅烧2小时，之后C2H2/Ar通入管式炉中进行碳包覆，最后产品用盐酸CSimAgmAhg，首次库量保持率达到89.1%。同时，复合材料的倍率性能也较为00mA/g增加到10A/g在回到100mA/g时，电极的高容量能够得到保持，体现了较多孔C@Si@石墨烯泡沫复合材料充放电性能测试：循环性能测试(左)；倍率性能测试(右)，注nxiongWuXianyingQinHaoranZhang种新颖的无粘结剂硅/碳复合薄膜电极，该复合薄膜通过静电喷雾法随后热颗粒嵌入到多孔碳层中，该多孔碳层由氮掺杂的管组成，硅-体夹于中间，类似于三明治结构。制备过程如下GOGO浮液，将纳米硅颗粒、碳黑、碳纳米管和PVP分散于乙醇溶液中GO后把包含硅的溶液沉积在GO层上形成硅层，最后通过交替的沉积气氛围中在600℃下高温处理2小时即得到在铜基体的多层Si-C-图13LBLSi-C/G电极制备示意图(a);脱嵌锂示意图(b)V首次充放电容量分别为1650mAh/g和1020mAh/g，首次库仑效率为62%。100个充放mAhg持初始容量的75%。同时，该复合薄膜电极显示出了较好的倍密度由0.2A/g增加到0.5、1、2A/g时，比容量从925mAh/g减小到826、663、508mA图14多层Si-C/G复合薄膜电极的循环性能测试(C);倍率性能测试(d)BinWangXianglongLi,XianfengZhangSiNWGRGO该复合材料由石墨烯和包装硅纳米线组成，石墨烯基片能弯曲变化且为封闭的，有效的阻止了硅纳接触，还原氧化石墨烯有效的抑制了Si@G纳米电缆的体积膨胀效应，从而保和电性能的完整性。大致制备过程如下：首先硅纳米线采用重叠的石墨烯基SiNWG其夹在还原氧化石墨烯之间，最后依次重复上述过即可得到目标产物。该复合材料在脱嵌锂过程中，还原氧化石墨烯能根据硅首次库仑效率较低，仅为50%左右。如图NingLinJianbinZhou,LiangbiaoWang12]提出了一种新颖的方法制备Si@C/RGO复合材料，该方法中有聚苯胺的协助，聚苯胺不通过静电引力粘结纳米硅颗粒和氧化石墨烯，同时也作为碳源层包覆在硅颗粒制备步骤如下：首先，将苯胺和硅粉加入去离在带正电荷的硅颗粒表面，过硫酸铵作为氧化剂，通过化学氧化法原位聚合的然后，加入氧化石墨烯悬浮液，带正电荷的中间体和带负电荷的氧化石墨烯分，其中，聚苯胺牢固地粘住硅颗粒和GO片，最后对上述混合物在管式炉中在氩V次充放电容量分别为2011mAh/g和1630mAh/g，首次库仑效率为81.1%。在0.料也有较好的倍率性能，当电流密度从0.5A/g到1、2、3、4、6、10、15Ag6、588、548、492、388、274、232mAh/g，当电流密度恢图18复合材料循环性能测试(左)；倍率性能测试(右)FanZhangXiYangYuqingXie等[13]制备了硅基三元Si@C/GF复合材料，纳米硅颗粒被一层薄的碳层包覆(酚醛树脂裂解)强度的三维结构来缓冲硅的体积膨胀的体积膨胀外，还能维持石墨烯和硅的良好接触，从而保证了电极的APS(氨丙基三乙氧基硅烷)悬浮液混合均匀，之后把混合物倒入不锈钢高压锅中180℃下加热12小时，即可获得Si/GF圆柱形纯凝胶(溶剂从乙醇交换为去离子水)。然后把苯酚和甲醛加入到上SiGF0℃下它们进行水热反应12小时后生成酚醛树脂，进而得到酚醛树脂包覆SiGF放置管式炉中在H2/Ar(5:95)的氛围在800℃下进行高温碳化3小时，得V容量分别为4976mAh/g和3062mAh/g，首次库仑效率为61.5%。在1A/g图20Si@C/GF复合材料前三个循环0.1A/g电压-容量图(左)；循环性能测试1A/g(右)YuanjinDuGuannanZhu,KeWang14]在石墨烯基片上以SiO2做硅源采用镁热还原法制备出了硅/石墨烯复合材料，硅颗粒均V充放电容量为2808mAh/g和1743mAh/g，首次库仑效率为62%，120个循环74mAh/g，容量保持率为79%。SeungHoChoiDaeSooJungYunChanKang过一步喷雾热解过程制备出了Si@C@void@Graphene复合材料，喷雾干燥前驱体溶液GOPVP。复合材料中，硅纳米颗粒被无定形碳包覆，且Si@C被石墨AgAg，容量保持率为46%(初始容量为2134mAh/g)到0.5A/g时，能恢复到初始容量的94%。以7A/g的高倍率下循环500次后容图22Si@C@void@Graphene复合材料倍率性能测试(C);循环性能测试7A/g(d)YongChenXuejunZhangYanhongTian结合冷冻干燥法热还原法将纳米硅嵌入到石墨烯片中，从而制备出复合材料。这颗粒的导电性和电子扩散速率，更为重要的是，这种结构能适应硅的体积膨胀，进而提高循环稳定性，在100次循环后依然保持850mAh/g的容量(0.1A/g)。PingWuHuiWangYimingStober带电荷颗粒的静电吸引进行层与层之间的自组装，从而制备出SiO子水中，最后将SiO2@GO网络和镁粉混合，并在管式炉中在氩气的氛围中即得到Si@G复合物，并用HCl洗涤即可得到目标产物。复合材料的制备路线示gC加到0.1、0.2、0.5C时，比容量从1467.5mAh/g降低到1210.6、970.7、697.8mAh图24Si@G网络复合材料的储锂性能：(a)循环性能；(b)倍率性能dsilvercoatedsiliconnanoparticlegraphenecoreshellfiberforhighperformancelithium-ionbatteryanodes[J].JournalofPowerSources,2015,300:351-357.withGrapheneNetworksforHighEnergyandStableBatteries[J].J.Mater.Chem.A,2015,3(36):18684-18695.approachtowardsSiCgraphenenanocompositeanditssuperiorlithiumstorageperformanceJ.ElectrochimicaActa,alBridgingporousSiCcompositeswithconductingagentsforimprovingbatterycyclelifeJJournalofPowerSources,BubbleSheetlikeCarbonFilmwithEnhancedPerformanceasLithiumIonBatteryCompositeAnodewithHighArealCapacityforLithiumionBatteries[J].NanoEnergy,2014,6(5):211-218.withanadvancedbinderforhigh-performancelithium-ionbatteryanodes[J].SolidfreestandinggraphenefoamsupportedfilmsashighcapacityanodesforlithiumionbatteriesJMaterialsLetters,2014,128(128):132-135.nanoarchitecturesforlithiumionbatterieswithsuperiorperformanceJ].NanoResearch,2014,7(1):85-94.carbongraphenehybridfilmasahighperformanceanodeJCarbon015,84(1):434-443.betweenreducedgrapheneoxidesheetsaslithiumionbatteryanodes.[J].AcsNano,2013,7(2):1437-1445.WetalPolyanilineAssistedSynthesisofSiCRGOasAnodeMaterialforRechargeableLithiumIonBatteriesJ].ACS,AppliedMaterials&Interfaces,