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第 35 卷第 8 期 精 细 化 工 Vol.35, No.8
201 8 年 8 月 FINE CHEMICALS Aug. 2018

有机电化学与工业
双层结构 Si/PPy 复合负极在锂离子电池中的应用

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杨晓武，杨 蕊 ，秋列维，沈一丁
（陕西省轻化工助剂重点实验室 陕西科技大学，陕西 西安 710021）

摘要：通过微波处理聚吡咯，制备了能够储存硅颗粒的线型碳网结构，以此网络结构和微米硅颗粒作为
负极片的内层、涂覆不含硅的石墨烯材料作为外层，制备了一种具有双层结构的复合负极。通过 XRD、
SEM、恒流充放电、循环伏安和电化学阻抗对复合负极的结构、形貌以及电化学性能进行了考察。结
果表明：双层结构负极在 500 mA/g 的电流条件下经过 100 次循环，可逆比容量高达 829.6 mA•h/g，容
量的保持率为 43.9%，与纯微米硅及单层 Si/PPy 负极相比，容量保持率分别同比提高了 34.4%和

13.1%。
关键词：锂离子电池；微米硅；聚吡咯；石墨烯；双层结构
中图分类号：TM912.9 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2018) 08-1376-07

Application of Double Layer Structure Si/PPy Composite

Anode in Lithium-Ion Batteries

*
YANG Xiao-wu, YANG Rui , QIU Lie-wei, SHEN Yi-ding
（Shaanxi Key Laboratory of Chemical Additives for Industry, Shaanxi University of Science & Technology, Xi'an
710021, Shaanxi, China）

Abstract: A linear carbon network structure for storing silicon particles was prepared by microwave
treatment of polypyrrole. This network structure and silicon particles were used as an inner layer of anode.
And then, an outer layer of graphene was covered on the network structure, which formed a double layer
structure composite anode. The structure, morphology and electrochemical properties of the obtained
composite were characterized using X-ray diffraction, scanning electron microscopy, galvanostatic charge-
discharge experiments, cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. The results showed
that the double layer structure composite anode could deliver a specific capacity as high as 829.6 mA·h/g
after 100 cycles at a current density of 500 mA/g, the capacity retention rate was 43.9 %. Compared with
that of the pure micron silicon and single-layer Si/PPy anode, the capacity retention rate of double layer
structure composite anode increased by 34.4% and 13.1%, respectively.
Key words: lithium-ion battery; micro silicon particles; polypyrrole; graphene; double layer structure
Foundation item: Natural Science Foundation of Shaanxi Province (2017JM2017)

锂离子电池在各种移动设备中的应用，为社会 锂电池负极材料石墨（理论比容量 372 mA•h/g），硅
生活带来了极大的便利。但是，随着各种设备对电池 具有 4200 mA•h/g 的理论比容量 [1-3] 。但是硅材料的
续航能力要求的提高，如今的电池容量开始显得不 使用有一个重大缺陷，在锂离子的吸附脱嵌循环过
够用。很多设备的升级都需要依靠电池容量的提升， 程中，硅颗粒会产生约 3 倍的体积变化，这种变化
比如手机、电动车等。从锂离子电池的负极材料出发， 会导致极片表面结构的破坏，进而破坏电池的循环
人们已经看到了电池容量增加的希望，相比常规的 性能 [4-6] 。因此为了提高硅基材料的循环稳定性，一

收稿日期：2017-07-11; 定用日期：2017-12-14; DOI: 10.13550/j.jxhg.20170558
基金项目：陕西省自然科学基金项目（2017JM2017）
作者简介：杨晓武（1982—），男，讲师，博士。联系人：杨 蕊，硕士生，E-mail：yranthony@163.com。