硅/石墨烯复合锂离子电池负极材料开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来，作为能量储存及转化装置的锂离子电池受到广泛使用。传统锂离子电池负极材料主要为碳基材料，碳基材料尤其是石墨虽然具有高循环稳定性的特点，但是其相对低的比容量（372mah/g）难以满足现在对于高比容量电池材料的需求。

与传统的碳负极材料相比，硅基负极材料具有最高的理论电化学比容量（3578mah/g，li1₅si₄），而且资源丰富、环境友好，因此受到了重点关注和研究。但是，硅作为半导体，本征电导率极低（6.7×10^-4s/cm），在作为电极材料时需要加入高导电材料；更需要解决的问题是，在锂的脱嵌过程中，硅负极存在体积效应的影响，硅高达300%的体积变化会导致电极结构的破坏，活性物质颗粒间失去电接触，造成不可逆容量损失，表现为极差的循环稳定性；此外，硅会与传统电解液发生反应，不易形成稳定sei膜，且sei膜在硅的体积收缩膨胀过程中不断破坏和重建，严重影响电极的循环稳定性，这些问题严重制约了硅负极的商业化。

为解决硅负极材料实用过程中的这些问题，对硅负极材料的改性成为研究重点：一是减小硅材料的尺度到纳米级，亚微米级，降低应力缓解体积膨胀效应；二是制备多孔硅材料，利用颗粒内部孔道结构缓解体积效应；三是向硅材料中引入缓冲材料，降低和缓解体积效应影响。以碳为代表的缓冲材料不仅可以增加材料电导率，同时能够有效吸收缓解硅在体积变化中产生的应力，对于硅负极材料的性能改善具有良好作用。

2. 研究的基本内容与方案

⑴基本内容

本课题主要采用表面活性剂处理法制备硅/石墨烯负极材料，对所的材料进行物相和结构表征，并对其进行电化学性能测试，优化制备方法、结构组成以及电化学性能。

3. 研究计划与安排

第1-2周：查阅相关文献资料，翻译英文文献；

第3-4周：整理材料，在任务书的基础上，设计研究方案，确定切实可行的实验技术路线，了解相关的结构和性能的测试方法；撰写开题报告，开题答辩；

第5-9周：制备硅/石墨烯复合材料并优化方法，表征基础物理性能；

4. 参考文献（12篇以上）

(1)jaehyangjeong, michael j.reece and myoung pyo, improved lithium-storage capability andcyclability of tin dioxide confined in highly crosslinked graphene framework, journalof the electrochemical society, 162 (9) a1702-a1707 (2015)

(2) huiwu, gerentt chan, jang wook choi, ill ryu, yan yao, matthew t. mcdowell, seokwoo lee, ariel jackson, yuan yang, liangbing hu and yi cui, stable cycling ofdouble-walled silicon nanotube battery anodes through solid–electrolyte interphasecontrol, nature nanotechnology, 25 march 2012 | doi: 10.1038/nnano.2012.35

(3) lanlanzhong, juchen guo, lorenzo mangolini, a stable silicon anode based on theuniform dispersion of quantum dots in a polymer matrix, journal of powersources 273 (2015) 638-644