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传统商业石墨负极的理论容量相对较低,限制了其在各个领域的大规模应用。以纳米Si(理论容量3600 mAh/g)修饰微米级石墨来制备高性能Si/石墨复合材料,能够缓解Si在锂合金化过程中体积膨胀大,电导率低以及石墨存在的低比容量问题,因而备受国内外相关研究人员的关注。到目前为止,已经开发了各种合成方法用于制备Si/石墨复合材料,包括固相球磨,液相混合和化学气相沉积过程。发展制备Si/石墨复合材料的方法,有助于推动Si/石墨负极在商业化生产中的应用。本论文通过引入简单,高效和可控的技术,制备出了均匀且结构稳定的微纳结构Si/石墨复合材料。主要研究内容如下:1.提出了利用液相球磨与化学气相沉积技术相结合来制备Si/石墨/Cu-碳纳米管(CNTs)复合材料的方法。主要过程包括球磨商业微米尺寸Si,Cu和石墨得到Si/石墨/Cu三元复合物,然后通过Cu的催化生长碳纳米管。Si,Cu和石墨组分均匀地分布在复合材料中。同时,原位合成的碳纳米管能够将所有组分紧密交联,构建三维稳定的导电网络。将Si/石墨/Cu-CNTs复合材料作为锂离子电池负极进行电化学测试时发现,其在0.2 A/g的电流下,经过100次循环后显示出646.5 mAh/g的高可逆容量,容量保持率为87.6%。同时在0.5 A/g充放电200次后,依然有538 mAh/g的容量维持。相比Si/石墨/Cu和Si/石墨复合材料,Si/石墨/Cu-CNTs复合材料展示出的电化学性能更加突出,其性能的改善主要是由于石墨,Cu和碳纳米管的协同作用,有利于提高材料的导电性以及电化学循环过程中的结构完整性。2.通过可控且可扩展的自组装方法制备了微纳结构的石墨/Si/还原氧化石墨烯复合材料(SGG)。自组装过程是通过酰胺基改性的石墨与富含官能团(羧基或羟基)的氧化石墨烯之间的氢键相互作用实现的。在这个过程中,Si分布在石墨片和氧化石墨烯片之间。这种新颖的结构设计能够克服Si纳米颗粒和微米级石墨之间的不相容性。结果,制备的SGG负极在0.2 C(1C = 600 mA/g)电流密度下显示出572 mAh/g的首次可逆比容量,0.8 C倍率下循环600圈后可逆容量为502.2 mAh/g,容量保持率为92%。而且在10 C的高倍率下,依然还有390 mAh/g的容量维持。SGG复合负极材料优异的电化学性能归因于石墨和石墨烯片构建了稳定的结构和三维导电网络,这可以缓解Si循环过程中的体积膨胀问题,并增强导电性。