使用硅基材料來制備鋰離子電池的負極對于提高鋰離子電池的性能有重大的意義，但是主要的挑戰(zhàn)在硅較差的導電性以及循環(huán)過程中難以保持結(jié)構(gòu)的完整性?；诖宋恼潞铣闪艘环N具有“三明治”結(jié)構(gòu)的石墨烯和碳涂層硅的復(fù)合物(Si@C-rGO)，不僅提高導電性和機械性能，同時循環(huán)性能也得到了大大提升。

該電極材料的制備方法如圖1所示，首先在碳涂層硅(Si NPs)納米顆粒涂表面涂覆一層多巴胺，通過聚合作用形成聚多巴胺，再將其和GO混合液的一起抽濾，熱還原后形成Si@C-rGO復(fù)合物，該復(fù)合物在石墨烯和碳涂層硅之間形成了強烈的共價鍵和氫鍵，如圖2所示，避免了硅的團聚和石墨烯的堆疊。
 

　圖1 Si@C-rGO的制備流程示意圖

　圖2 硅和石墨烯的相互作用示意圖

圖3為Si@C-rGO的SEM。從低倍的SEM中可以看出Si@C-rGO復(fù)合物主要為層狀的微米團簇結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出“三明治”的形貌。高倍下SEM顯示出Si NPs均勻的嵌入和分散在褶皺的石墨烯層間。褶皺的石墨烯在Si@C NPs之間形成連通的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以便構(gòu)成良好的電子傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。圖4使用的XRD，Raman和FT-IR 均說明了Si和C有一個良好的復(fù)合，以及復(fù)合后的Si@C均勻的依附在氧化石墨烯層間，燒結(jié)后，氧化石墨被還原成石墨烯，Si@C均勻的依附在石墨烯層間。圖4 的熱重中主要說明了形成的Si@C復(fù)合物中，90%是硅;在形成的Si@C-rGO復(fù)合物中，硅占60%。

　　圖3 Si@C-rGO復(fù)合物的SEM。 a)側(cè)視圖;b) a中標記部分的俯視圖;c)a中標記部分的HR-TEM; d) Si@C-rGO復(fù)合物的TEM

　　圖4 Si@C-rGO，Si-rGO和SiNPs的a)XRD;b)熱重;c)拉曼;d)紅外。

電化學性能如圖5所示，純Si組裝的電池在循環(huán)50圈后容量明顯下降;Si和rGO的復(fù)合物在循環(huán)100圈后容量也只有50%;但是本文合成的Si@C-rGO，在循環(huán)400圈后，容量保持了99.4%。

　　本文相關(guān)工作發(fā)表在Advanced Energy Materials上(Carbon-Coated Si Nanoparticles Anchored between Reduced Graphene Oxides as an Extremely Reversible Anode Material for High Energy-Density Li-Ion Battery)DOI: 10.1002/aenm.201600904