石墨烯與矽基、錫基材料複合

石墨烯與矽基、錫基材料（liào）複合
矽基、錫基材料（liào）擁有很高的理論比容量，但Li+在（zài）其中嵌入、脫出時，電極材料體積變化明顯，反複（fù）充放電後電極材料容易粉（fěn）化脫落，從而降低電（diàn）池容量。

對於SnO2來（lái）說，碳納米材料（liào）的報（bào）複可有效解決其體（tǐ）積膨脹的問題，且阻止材料納米顆粒團聚的同時提高了材料導電性，從而發揮出高（gāo）容量的潛能。例如石墨烯包覆夾層結構SnO2材（cái）料[5]，其獨特的“三明治”結構提（tí）高了電極材料的穩（wěn）定性且能最大化利用SnO2分子的比（bǐ）表麵積，避免（miǎn）了SnO2分子的團聚，緩解了體積膨脹。石墨烯夾層的引入加強了納（nà）米分子（zǐ）間的相互聯（lián）係，從而避免了導（dǎo）電添加劑和（hé）粘結劑的使用。石墨烯/SnO2球狀顆（kē）粒複合材料的首次放電容量為1247 mAh/g，較石墨（mò）烯/SnO2納米片層材（cái）料提升了41.06%。

矽基類材料的理論比容量高達4200 mAh/g，其較低的放電電（diàn）壓平台，高（gāo）自然儲量，使其成為具有極（jí）好應用前景的負（fù）極材（cái）料。但其在充（chōng）放電過程中體積效（xiào）應嚴重，造成材料的循（xún）環穩定性差。同錫基材料類似，石墨烯的引入（rù）可有效控製（zhì）矽基材料的體積膨脹，使Si 負（fù）極材料倍率性能得到一定的改（gǎi）善。

石墨烯包覆納米矽(GS-Si)複合材料不僅容量高，而（ér）且具有較（jiào）好的循環性能。從其掃描電鏡及透射電鏡圖中可以看（kàn）到（dào），石墨烯構成具有內部空腔（qiāng）的三維立（lì）體導電網（wǎng）絡，將矽粉很好地包裹在其內部空腔內。該材料在（zài）200 mA/g 電流密度下進行恒流充放電測（cè）試，30次循環後容量仍能保持在1502 mAh/g，容量保持率高達98%[6]。

但石墨烯材料的化學惰性使得其與Si基（jī）材料之間的作用（yòng）力很弱，在（zài）經過數次的充放電循環後，Si-C結構會出現了粉化和崩塌（tā）。有研究發現石墨烯中那些由於晶體生長、高能粒子轟（hōng）擊或化學處理（lǐ）所產生的（de）單空位缺陷、雙空（kōng）位（wèi）缺陷以（yǐ）及Stone-Wales 缺陷可（kě）以大幅度提高石墨烯/Si分子間（jiān）的結合能，使複（fù）合材（cái）料的穩定性更（gèng）好。刻（kè）意地製造（zào）這類缺陷會提高石墨烯材（cái）料與Si之間的結合力，而且（qiě）空位缺陷可以（yǐ）提供額外的儲鋰活性位點，從而更好地提高電極材料的容量。另一種（zhǒng）解決這一問題的方法是（shì）在Si分子、石墨（mò）烯片（piàn）層間（jiān）生長納米碳，這種方式使得石墨烯納米片和（hé）Si 基間搭建了穩定（dìng）的導電橋梁，這種穩定的導（dǎo）電網絡結構既減少（shǎo）了Li+嵌入、脫出過程中產生的體積效應，避免電極材料的破（pò）碎，又保持了SEI 膜的穩定性，在充（chōng）放電過程中避免了過高的容量衰減，對（duì）Si基材料容量的提高有很大幫助（zhù）。

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