硅材料具有目前已知的最高的锂离子潜入理论容量，即4200 mAh g-1，成为一种非常有前途的锂离子负极材料。传统的硅负极材料在循环过程中产生巨大的体积变化，导致电极粉化、电极材料脱落和电池循环性能的极具恶化。 用简单的真空过滤机装配合成的氧化石墨烯/硅纳米粒子复合材料是一个厚度为25微米的柔性蜂窝状薄膜。硅纳米颗粒上包覆着的是面密度为0.65 mg cm-1的氧化石墨烯。这种极厚复合膜没有使用任何粘合剂和导电添加剂而直接作用于锂电池的阳极。柔性的石墨片层结构为硅纳米颗粒提供了连续的导电路径并使其电极保持结构的完整性。这种代表性的电极以210 mA g-1的电流密度在第50次充放电循环时具有较高的可逆容量——2370 mAh g-1。100次充放电循环后，电流密度增加为4200 mA g-1是，该材料的电极仍然能够保持1000 mAh g-1的可逆容量。 特别的是，该电极具有优异的倍率性能，表明它可以在大功率激光诱导击穿光谱仪中用作一个柔性的、高容量的、无粘结剂和独立的阳极。
关键词： 石墨烯-硅基复合材料；薄膜；阳极；无粘结剂；锂离子电池
第一章 绪论
1.1 引言
透明模块能源是人类赖以生存和发的重要物质基础。人类文明的不断发展和进步，都更进一步增强了人类对能源的开发利用能力和以来程度。
可充电的锂离子电池在近年来由于其能量密度高、工作电压高和循环寿命长的优点，引起了极大的关注。激光诱导击穿光谱仪技术已应用于便携式电子产品、电动汽车、植入式医疗设备等。目前商用的石墨阳极电池，由于其低的比容量（372 mA hg-1）及低工作掉率限制了其发展的需求。虽然大量的研究已经针对阳极材料为其提高功率和光谱能量密度，但是研制的阳极仍然不能满足在大功率器件的应用需求。因此，具有高的能量密度、高功率密度和良好的循环性能的石墨阳极电池是其未来的发展趋势。
1.2 锂离子电池的发展历史
发光标识
tc轴承
自从1799年意大利的物理学家Alessandro Volta成功制备出世界上第一个电池——“伏特电堆”（Volta cell）后，在两百多年的发展历程中，人类发明了种类繁多的电池。可是，直到上个世纪，仅有三种类型的电池得以普及，即 MnO 2基原电池（又称为一次电池）、铅酸二次电池及镍基二次电池。目前，这三种电池的发展均已达到了技术极限。
锂电池的出现是电池发展历程中的一座里程碑。相对于其他电池，锂电池具有非常明显的优势。第一，锂是最轻的金属，以锂为电极可获得高达为3860 A h kg-1的容量；其次，锂也是正电性最高的金属，具有最低的还原电势-3.01 V，因此，锂电池工作电压高达 3.9 V；再来，锂电池放电稳定，自放电率低。第一个成品锂电池由 Exxon公司的 M. S. Whittingham等人于1970年成功制备，该电池以硫化钛为正极，金属锂为负极，很快实现了商品化。但是，这种以金属锂为负极的电池无法重复使用，因而成本较高，不能得到广泛应用。即使后来人们发现了具备可逆嵌入和脱出金属锂能力的无机层状硫化物等正极材料，这种锂电池的商用化进程始终被金属锂枝晶的生长所带来的安全性问题所阻碍。Armand等人们首次提出用嵌锂化合物代替金属锂负极，构建 “摇椅式”电池的构想。在该系统中，正负极材料均能够实现可逆地嵌入及脱出 Li + 离子，从而成功地解决了锂电池的安
全性的问题。1982年，R. R. Agarwal和J. R. Selman发现石墨具有可逆地嵌入及脱出Li +离子特性，首个锂离子电池石墨电极由贝尔实验室试制成功了。Goodenough小组首次将 LiCoO 2用作锂离子电池的正极材料，并且得到了良好的电池性能。1990年，索尼公司成功推出第一块商品化的锂离子电池，并克服了该电池循环寿命短、安全性差等致命缺点，开创了二次电池的新纪元。锂离子电池在能源存储领域开始崭露头角，并在随后的发展中大放异彩。此后，LiMn 2 O 4体系、LiFePO 4体系等正极材料相继开发，标志着第一代锂离子电池技术已经发展成型。
1.3 锂离子电池的的工作原理及特点
图1.3 锂离子电池工作原理
图1.3 所示为典型的锂离子电池的工作原理图。在锂离子电池的放电过程中，阳极中的锂原子会失去电子成为 Li+，然后从电极脱出进入电解液后，经过隔膜后到达阴极，最终储存在阴极中。在锂离子电池的充电过程中，阴极材料中的Li+从阴极脱出，进入电解液经过隔膜后到达阳极，然后从阳极捕获电子，最后被还原为锂原并嵌入到阳极的石墨层中。
锂离子电池的出现，不经改进了前几代电池的安全性问题，而且与大多数电池相比，有以下的优点：
（1）工作电压高。商用的锂离子电池的工作电压为3.6 V，是其他种类电池的2到3倍；
（2）比能量高。近年来，商用锂离子电池的比能量达到了140~160 mAh g-1；
（3）循环寿命长。商用锂离子电池的寿命目前已经达到了1000次以上；
（4）无记忆效应。锂离子电池可以随时充电，而且其性能不会因此迅速降低；
（5）自放电率小。月放电率小为6~8%；
贴片led封装（6）安全性能。在电池的充放电过程中，锂是以锂离子的的形式脱出和嵌入的，这样就避免了枝晶锂的形成；
（7）环境友好。锂离子电池中不含铅、汞等有害的金属元素，是一种“绿”电池。
（8）允许工作温度范围宽，低温性能好。锂离子电池典型的工作温度范围为-25~25ºC。
1.4 锂离子电池的研究现状
4d座椅锂离子电池由正极、负极、隔膜及电解液等部分组成。电池的容量主要取决于正极材料和负极材料存储Li+空包弹助退器离子的能力。因此，有关锂离子电池的许多研究工作都是围绕正极材料和负极材料的设计、制备以及性能表征等展开的。本节我们将分别对正极材料和负极材料以及电解液的研究进展和未来的发展趋势做一个简单综述。
1.4.1 正极材料
1.4.1.1 LiCoO2
LiCoO2是最早开发的正极材料，由Goodenough小组于1980年首次用于锂离子电池，并获
得了良好的锂离子电池特性。LiCoO2的晶体结构为基于氧原子的立方密堆积结构，LiCoO2的理论放电容量为274 mAh g-1，实际应用容量约为140 mA h g-1，改正极材料具有工作电位高、放电平稳、倍率性能优异等特点，并兼具良好的循环稳定性。同时，LiCoO2的实际应用容量相对较低，已不能满足下一代锂离子电池应具备的廉价、环保以及高能量密度等要求。
