Page 57 - 精细化工2020年第2期
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第 2 期 王 珏，等: 石墨烯/SnO 2 /Si@PPy 复合材料的制备及电化学性能 ·259·
加入三口瓶中。APS 全部滴完后，继续冰水浴搅拌 子显微镜（TEM）观察制备材料的微观形貌；采用
12 h。然后加入 50 mL 丙酮搅拌 15 min，用无水乙 X 射线衍射仪（XRD）对制备材料进行物相分析，
醇和去离子水交替洗涤 3 次，抽滤并烘干得到 SP Cu K α 辐射，测试电压和电流分别为 40 kV 和 40 mA，
包覆材料，记为 SP0.5、SP1.0 和 SP1.5。 扫描步幅为 0.01°，扫描范围为 2θ=10°~90°；采用
1.2.3 GSSP 复合材料的制备 Raman 光谱对制备材料进行物相分析，激发波长
将 1 g GS 复合材料与 1 g SP1.0 复合材料分散 532 nm，测试范围 400~1800 cm ；采用 N 2 物理吸
–1
在 100 mL 去离子水中，磁力搅拌 1 h，超声 1 h， 附仪（BET）测试材料的比表面积。
使 GS 复合材料与 SP1.0 复合材料混合均匀后转移至 采用新威半电池恒流充放电仪进行恒流充放
微波反应釜中，反应温度为 90 ℃加热 10 min、 电，测试电池的倍率性能和循环性能，倍率性能测
130 ℃加热 10 min、150 ℃加热 10 min、180 ℃加 试的电压范围为 0.01~3 V，电流密度分别为 100、
热 30 min，控制反应釜内压为 2.0 MPa，冷却至室 200、300、500、1000、100 mA/g，每个电流密度下
温后，冷冻干燥得到 GSSP 复合材料。
进行 5 次充放电循环过程；循环性能测试的电压范
1.2.4 锂离子电池组装
围为 0.01~3 V，电流密度为 1000 mA/g，循环次数
取 0.025 g PVDF 溶于 1 mL NMP 中搅拌
为 400 次；采用电化学工作站测试电池的循环伏安
30 min，取 0.025 g 导电碳黑分次加入 PVDF 溶液后
（CV）和交流阻抗（EIS），CV 测试的扫描电压为
继续搅拌 1 h，再取 0.2 g GSSP 复合材料分次加入
0.05~1.5 V，扫描速率为 0.1 mV/s；EIS 测试的频率
到 PVDF 溶液后搅拌 4 h，将得到的 GSSP 混合液倒
范围为 100 kHz~10 MHz，交流电位振幅为 10 mV。
在铜箔上，用 125 μm 涂膜器涂膜，并将铜箔放在
80 ℃真空烘箱中干燥 12 h，得到 GSSP 负极材料。 2 结果与讨论
使用 CR2032 电池壳，GSSP 为负极材料，锂片为正
极材料，电解液采用 1 mol/L 的 LiPF 6 溶液。在高纯 2.1 样品的物相和形貌分析
氩气手套箱内进行电池组装，静置 24 h 后进行电池 图 2 a~f 是球磨 Si 粉、SP0.5、SP1.0、SP1.5、
性能测试。 GS、GSSP 样品的 SEM 照片。图 2g 是 GS 复合材
1.3 材料表征和电池性能测试 料的 TEM 照片。图 2h 是 GS 复合材料的 HRTEM 照
采用场发射扫描电子显微镜（SEM）和透射电 片，图 2h 内插图为 GS 复合材料的选区电子衍射环。
a—球磨 Si 粉；b—SP0.5；c—SP1.0；d—SP1.5；e—GS；f—GSSP；g—GS；h—GS
图 2 样品的 SEM、TEM 和 HRTEM 图
Fig. 2 SEM, TEM, HRTEM images of samples
由图 2a 可见，微米 Si 粉表面比较光滑，经过 PPy 发生团聚堆积在 Si 表面。较厚的 PPy 包覆层反
+
球磨处理后 Si 颗粒尺寸并不均一。由图 2b 可见微 而不利于 Si 与 Li 接触，会导致负极材料的比容量
米 Si 粉未被 PPy 完全包覆，仍然存在未被包覆的光 较低，因此选择 SP1.0 构建 GSSP 复合材料。由图
滑 Si 表面，这种光滑的 Si 表面活性较低，不利于 2e 可见石墨烯的片层较薄，片层上面存在一些结构
与 GS 构建复合材料。图 2c 中 SP1.0 样品 PPy 包覆 缺陷。片层上面纳米 SnO 2 颗粒均匀地分布在石墨烯
比较均匀。图 2d 中 SP1.5 样品的 PPy 较多，过多的 片层上。图 2f 是以 GS 和 SP1.0 制备的 GSSP 复合
