新型高能量密度锂离子电池负极Li21Si5/石墨烯复合材料的合成与性能研究

摘要： 本研究利用放电等离子烧结技术同时实现热化学锂化与致密化, 制备得到Li21Si5与石墨烯两相分布均匀、高致密度的纳米结构复合材料。石墨烯的二维结构、优异的电导率以及大量结合紧密的两相界面能够有效地限制活性颗粒在脱锂过程中的体积收缩并促进电荷在活性颗粒内部的传输, 促使该复合材料表现出优异的电化学性能。预脱锂和首次嵌锂比容量分别为968和1007 mAh？g-1, 达到商业化应用锂-碳体系的3倍, 首次库伦效率达到94.5%。循环100圈后比容量仍然可保持在590 mAh？g-1, 循环稳定性相比于采用碳颗粒制备的复合材料提升了1倍。即使在1 A？g-1的高电流密度下循环, 比容量仍可保持在540 mAh？g-1。本研究为设计开发应用于锂离子硫、锂离子氧等高能量密度电池体系中的富锂合金负极材料提供了新的途径。