摘要
硅因其迄今为止最高的理论比容量(～4200mAh/g)，适中的嵌锂电位(0.2Vvs Li/Li+)等优点有望成为下一代商业化的锂离子负极材料。然而，硅在脱嵌锂过程中体积发生巨大的变化(＞300％)，导致活性物质硅逐渐粉碎，与集流体脱离，失去电接触，电极循环性能极大降低。此外，硅导电性差(本征电导率:6.7×10-4S/m)，在充放电过程中表现出较差的倍率性能。将硅的尺寸纳米化至50nm以下可以有效地缓解硅体积变化，但是，纳米硅具有以下缺点:比表面积(＞50m2/g)较大，在低电位时易引发副反应;低的堆积密度导致其较差的体积比容量;并且制备纳米硅成本较高，限制了其实际应用。本论文以微米硅为原料，采用球磨法制备了尺寸不等的硅颗粒，并采用不同方法对其进行碳包覆。碳包覆不仅可以有效缓冲硅的体积变化，进一步改善硅碳负极的循环稳定性，而且可以改善硅碳负极的导电性。 1、基于球磨硅，葡萄糖热解碳，石墨烯的硅碳复合材料(Si/Glu/Graphene)。我们将球磨后20h后的硅粉加入葡萄糖与氧化石墨烯的水溶液中，通过简单环保的搅拌、冻干和高温热解三步法制备了石墨烯基硅碳复合材料Si/Glu/Graphene。该复合材料表现出了较好的倍率性能(在1A/g的电流密度下放电比容量仍保持在～800mAh/g)和循环稳定性（150个循环后容量保持在686.4mAh/g，0.2A/g）。这是因为:(1)球磨法可以有效减小微米硅的尺寸，最终以简单环保的方法获得尺寸为几百纳米的硅颗粒;(2)石墨烯大的导电网络将硅包覆其中，极大改善了硅碳负极材料的导电性能;(3)石墨烯优异的力学韧性能够极大缓冲硅在充放电过程中巨大的体积变化;(4)葡萄糖热解后所形成的碳基底以及石墨烯的协同作用很好地改善了复合材料的性能。 2、基于球磨硅，聚乙烯醇(PVA)热解碳，复合石墨MGD的硅碳复合材料Si/PVA/MGD。我们将球磨30小时后的硅粉与PVA，MGD进行二次混合球磨10h，再经800℃高温碳化最终得到硅碳负复合材料。所得复合材料表现出较高的首次充放电效率(＞80％)，较好的倍率性能(1A/g时放电比容量～600mAh/g)和循环性能(0.15A/g的电流密度下循环100周后比容量仍有～620mAh/g)。这是因为:(1)MGD的加入改善了PVA热解硬碳首次充放效率差的不足;(2)PVA高温热解后得到较为致密的碳层，在提高硅负极导电性的同时也缓冲了硅的体积变化。
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