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第 8 期 杨晓武，等: 双层结构 Si/PPy 复合负极在锂离子电池中的应用 ·1379·
图 4 样品的 X 射线衍射谱图（a）和拉曼谱图（b） a—纯硅负极；b—双层结构负极
Fig. 4 X-ray diffraction pattern (a) and Raman spectra
pattern (b) of samples 图 5 样品循环前 20 次的电压-比容量曲线
Fig. 5 The first twenty-cycle voltage-specific capacity
将聚吡咯炭化为无定形碳且并不改变硅的晶型结 curves of samples
构。在图 4b 的拉曼光谱中可以看到微波处理后的复 次时比容量已经降到 1000 mA•h/g 以下。图 5b 中，
–1
–1
合材料在 1360 cm 左右（D 峰）和 1580 cm 左右 双层结构的首次放电比容量为 1890.8 mA•h/g，充电
–1
（G 峰）出现了两个特征峰，而在 510 和 950 cm 附 比容量为 1453.9 mA•h/g，对应的首次不可逆容量损
近硅的特征峰并没有明显的变化，510 cm –1 处的峰 失约为 23.11%，与纯硅负极相比双层结构负极的首
稍有左移可能是微波过程中 Si 和 C 之间的热应力作 次不可逆容量损失明显降低。第 2 次的不可逆损失
用引起的。拉曼光谱同样证明了在微波处理 Si/PPy 仅为 4.72%，并且在随后的循环中电压-比容量曲线
的混合物后，将聚吡咯碳化为无定形碳而不改变硅 几乎重合，说明比容量没有明显的衰减。与纯硅负
的晶型结构。 极相比，双层结构电极在循环过程中具有良好的可
2.2 电化学性能分析 逆性，较高的容量保持率，能够实现缓解硅的体积
2.2.1 电压-比容量曲线 膨胀、阻止膨胀后的硅从集流体上脱落的实验设想。
图 5a、b 分别是纯硅负极和双层结构负极在 2.2.2 充放电循环曲线
500 mA/g 电流密度条件下，前 20 次的电压-比容量 图 6 为在 500 mA/g 的电流密度条件下，各负极
曲线。 材料（纯硅、Si/PPy 微波前、Si/PPy 微波后、双层
如图 5a 所 示，纯硅的首次放电比容量为 结构）的循环比容量曲线。
2596.7 mA•h/g，充电比容量为 1697.2 mA•h/g，对 从图中看出，纯硅负极的初始放电比容量高达
应的首次不可逆容量损失为 34.64 %。这种不可逆的 2596.7 mA•h/g，但在第二周期时比容量迅速下降到
容量损失主要是由于电解液的电化学还原而形成的 1681.6 mA•h/g，并且在随后的循环中容量不断地衰
固体电解质界面膜（SEI 膜）以及锂离子嵌入时产 减，循环到第 100 次时的比容量为 246.7 mA•h/g，
生的硅颗粒膨胀使得部分硅颗粒脱离附着点而导致 容量保持率仅为 9.5 %。显然，纯硅负极在首次循环
的部分失活，这种失活对于纯硅负极尤为严重 [29] 。 后存在巨大的不可逆容量损失，随着不断地充放电
第 2 次的放电比容量为 1681.6 mA•h/g，充电比容量 过程，硅的体积膨胀也在不断加剧，从而导致活性
为 1559.3 mA•h/g，不可逆容量损失减小到约 7.27%， 物质从集流体上碎裂脱落失去电接触。对比发现微
并且可逆比容量在随后的周期中不断地衰减，到第 20 波处理前的 Si/PPy 复合材料循环性能并没有明显的
