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·1188· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

效率较低，为 80.67%，充放电循环 3 次后库伦效率 合材料样品中 Si/VGCF-1〔m(Si)∶m(VGCF)=1∶
提高到 96.8%并趋于稳定 [17] 。 0.125〕的 VGCF 含量最低，首圈充电比容量为
2683.6 mAh/g，在 100 次 循环后比容 量下降 到
840.0 mAh/g，容量保持率仅为 31.3%。而 Si/VGCF-4
〔m(Si)∶m(VGCF)=1∶1〕中的 VGCF 含量最高，
电极循环稳定性很好，但由于电活性物质 Si 含量不
足，电极的可逆比容量相对降低，在循环 100 次后
比容量为 976.4 mAh/g。而 Si/VGCF-3 中 VGCF 含
量适中，首次比容量为 2047.8 mAh/g，首次库伦效
率为 80.7%；充放电循环 10 次后电极比容量为
1528.4 mAh/g 并逐渐形成稳定的电压平台；充放电
循环 100 次后，Si/VGCF 复合电极的比容量能够稳
定在 1470 mAh/g。
图 3d 为 Si/VGCF 复合电极的倍率性能曲线。
从图中可以看出，随着碳含量的逐渐提高，复合电
极的倍率性能明显改善。其中，Si/VGCF-3 电极在
200、500、1000 和 2000 mA/g 的电流密度下，平均
比容量分别为 1801.8、1442.9、1057.4、802.9 mAh/g；
当电流密度再回到 200 mA/g 时，比容量恢复到
1658.1 mAh/g，约占初始容量的 92.0%，具有较高
的容量保持率。这主要是因为 Si/VGCF 的多级框架
结构提高了电极的结构稳定性，具有丰富的电子和
离子的传输通道，进而表现出良好的倍率性能。
2.3 多种碳材料的性能对比
为了进一步确定 VGCF 在复合材料中的作用机
制，选取常用颗粒状碳材 Super P、AB 和 BP2000，
其平均粒径分别为 40、38 和 15 nm，以相同的制备
方法和相同碳含量〔m(Si)∶m(C)=1∶0.5〕制备复合
电极材料，并进行电化学性能测试和充放电前后材
料结构稳定性分析。
表 1 是不同碳材的物理性能参数。由表 1 可知，
VGCF 与 Super P 的电阻率相近，但是复合后
Si/VGCF-3 的电阻率仅为 Si/Super P 的 38.3%；BET
比表面积和平均孔径的测量结果表明，Si/VGCF-3
的比表面积比 Si/Super P 或 Si/AB 低，而且孔径较
大，这有助于保持 SEI 膜的稳定性以及缓解体积效
应，从而形成利于传质且稳定的电极结构 [12,18] 。
图 4a 为 Si/VGCF-3 电极与 Si/Super P、Si/AB
和 Si/BP2000 电极充放电循环性能对比，电流密度

图 3 Si/VGCF-3 复合电极的 CV 曲线（a），充放电曲线 为 500 mA/g。从图中可以看出，Si/VGCF-3 复合材
（b）；不同组成的 Si/VGCF 复合电极的充放电循环 料具有最好的循环稳定性，显然与材料微米级的三
性能（c）和倍率性能（d）
Fig. 3 Cyclic voltammetry profiles(a) and voltage profiles 维导电框架、适中的比表面积以及良好的孔结构有
of Si/VGCF-3 electrode at 0.5 A/g(b), cycling 关。Si/BP2000 具有超细的颗粒结构和超高的比表面
performance at 0.5 A/g (c) and rate performance of 积，在充放电过程中易造成 Si 粒子团聚和不稳定的
different Si/VGCF composite electrode (d)
SEI 膜。3 种颗粒结构的复合材料中以 Si/Super P 最
图 3c 为不同 VGCF 含量的 Si/VGCF 复合电极 佳，这与 Super P 分散性较好有关，但是 100 次充
在电流密度 500 mA/g 下的充放电循环性能曲线。复 放电循环后 Si/Super P 电极并没有形成稳定的电压