硅石墨烯负极材料最近文献综述

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1、硅石墨烯最近文献综述(2013-至今)MinsuGu,SeungheeKo,SeungminYoo等[1]提出了一种同轴核壳硅-石墨烯纤维结构，该纤维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颗粒与氧化石墨烯混合液组成，壳是氧化石墨烯分散液，分别由两个喷丝头进入，然后用水合肼将氧化石墨烯还原为石墨烯，从而制备出Si@Ag/TRGO复合材料。具体制备示意图如图1所示：图1同轴Ag修饰Si-石墨烯纤维湿法纺丝过程示意图通过该方法制备的Si@Ag/TRGO900复合材料电极无需导电剂，在0.2C倍率下，首次充放电容量分别为1204mAh/g和960mAh/g，首次库仑效率

2、为79.7%，100个循环后的充电容量为766mAh/g，容量保持率为79.8%。JaegyeongKim,ChangilOh,ChangjuChae等[2]采用水性溶胶凝胶法制备出出了Si/C-IWGN（internallywiredwithgraphenenetworks）复合材料。其中，溶胶凝胶系统由硅纳米颗粒、间苯二酚-甲醛和氧化石墨烯组成。大致步骤为：首先将纳米硅颗粒在水中超声分散，同时加入氧化石墨烯溶液，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）进行缩聚反应，最后将得到的复合凝胶在850℃下高温碳化处理即可制备出目标产物。具体制备示意图如图2

3、上半部分所示：图2Si/C-IWGNs和涉及的Si/C复合材料制备示意图作者发现，Si/C-IWGNs中少量的石墨烯（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）石墨烯网络在复合材料中的形成；2）石墨烯网络能够提供足够的空间来容纳硅的体积膨胀。此外，Si/C-IWGNs显示出比商用石墨高141%的体积容量。作者最后还制备了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800-900mAh/g，体积容量高于石墨的161%，100个循环后的容量保持率为89.1%。HaiLi,Chunx

4、iangLu,BaopingZhang等[3]通过对纳米硅颗粒、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Si@C/G复合材料，该方法在实现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分散问题，如图3所示：图3Si@C/G制备路线示意图：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℃下热处理将该复合材料组装成电池后进行测试，在500mAh/g的电流密度下，首次充放电容量分别为2080mAh/g和1741mAh/g，首次库仑效率为83.7%，100个循环后比容量依然高达1410mAh/g，容量保持率为67%。作者还对该复合材料进

5、行了倍率性能测试，表现出较好的倍率性能和可恢复性能，如图4所示：图4Si@C/G在500mAh/g下的循环性能测试（c）;倍率性能测试（d）ZhenZhenLi,WeiWang,ZhihuLi等[4]发现之前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，但是牺牲了活性物质的容量，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立电桥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

6、墨烯）桥接的电极能保持220个循环，容量保持率为91%。如图5所示：图5硅碳负极循环性能测试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）加入到纳米硅颗粒悬浮液中，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℃下热处理，最后将获得的复合材料用氢氟酸刻蚀处理即可。制备过程流程图如图6所示：图6制备示意图：a）多孔Si-C复合材料；b）导电剂桥接WenyueLi,YongbingTang,WenpeiKang等[5]报道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板构建一种类似片状泡沫纳米结构，中空Si/C

7、纳米微球均匀地在碳薄片上进行自组装，形成类似汽泡纸的复合材料。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膜的成长。此外，中空结构和碳薄片的设计能有效的缓冲纳米硅的体积膨胀，从而保证复合材料的循环性能和倍率性能。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化钠/葡萄糖溶液中，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微粒和葡萄糖分子。干燥后，将获得的样品与镁粉混合均匀，