硅石墨烯负极材料最近文献综述
硅石墨烯纳米复合材料作为锂离子电池负极材料的研究
1.1 锂离子电池概述 ................................................................................................... 1 1.1.1 引言 ................................................................................................................ 1 1.1.2 锂离子电池负极材料 .................................................................................... 1
关键词： 锂离子电池；纳米硅；石墨烯；静电自组装；三维多孔结构
负极材料综述范文
负极材料综述范文负极材料是电池中的一种关键组成部分，其性能直接影响着电池的容量、循环寿命和安全性。
目前常见的负极材料主要包括碳基材料、硅基材料和锂金属等。
下面将就这三种主要的负极材料进行综述。
碳基材料是目前最常用的负极材料之一，其优点在于结构稳定、重量轻、价格较低，能够实现相对较高的容量和循环寿命。
其中，天然石墨是一种常用的碳基材料，具有层状结构和较高的电导率，但其容量相对较低。
人工石墨对天然石墨进行了一系列的改性处理，例如通过化学氧化或物理活化等方法，可以提高其容量和循环寿命。
此外，碳纳米管和石墨烯等新型碳基材料由于其优异的导电性和储锂能力，也被广泛研究作为负极材料，能够实现更高的容量和循环寿命。
硅基材料是一种有着巨大潜力的负极材料，因为硅的理论比容量远远高于碳。
然而，由于硅本身的体积膨胀和收缩，导致在充放电过程中很容易发生碎裂和电极松散等问题，进而导致电池容量的衰减和循环寿命的下降。
因此，目前的研究主要集中在如何克服硅材料在充放电过程中的体积变化。
一种常见的方法是将硅材料与碳或金属包覆物质复合，以增加其结构的稳定性。
此外，通过设计多级孔结构或导电添加剂等方法，也能够改善硅基材料的循环寿命。
锂金属是一种具有极高比容量的负极材料，理论比容量达到3860mAh/g。
然而，锂金属的电化学性质使得其在充放电过程中极易形成锂枝晶，从而导致电极内部的短路，引发安全问题。
因此，目前使用锂金属作为负极材料的研究主要集中在如何克服这一问题。
一种常见的解决方案是将锂金属与纳米纤维或多孔结构等包覆物材料配合使用，形成稳定的锂金属复合负极结构。
此外，通过表面改性、电解液优化以及电池设计等手段，也能够减缓锂枝晶的形成和生长。
综上所述，负极材料的选择对电池的性能有着至关重要的影响。
碳基材料是目前应用最广泛的负极材料，具有较高的容量和循环寿命；硅基材料具有较高的理论比容量，但需要克服其体积膨胀问题；锂金属具有极高的比容量，但需要解决其安全问题。
硅石墨烯复合负极材料体积膨胀及SEI膜的原因机理及解决方法
硅石墨烯复合负极材料体积膨胀及SEI膜的原因机理及解决方法硅/石墨烯复合负极材料1、硅体积膨胀的原因及反应机理迄今为止，负极材料中硅的理论容量最高，Li和Si形成合金LixSi（0<x≤4.4）；很多学者认为在常温下，硅负极与锂合金化产生的富锂产物主要是Li3.75Si 相，容量高达3572mAh/g，远大于石墨的理论容量，但伴随着巨大的体积变化，其体积膨胀高达280%，硅的粉化致使电极结构失稳而失效，导致电极结构的崩塌和活性材料剥落而使电极失去电接触，电极的容量随之大幅度下降甚至完全失效[1]。
图1.1 Li―Si 合金相图和容量对应图[2] 图1.1为Limthongkul 等人[2]根据热力学计算出的锂硅合金相图，从图中可以看出硅中插入的Li+越多，会依次形成Li12Si7、Li7Si3、Li13Si4、Li22Si5等合金相。
这些合金相吉布斯自由能小，为稳定态相，理论上硅电极中嵌入的锂越多，所对应的容量就越大。
但是实际上在锂离子电池中，当硅颗粒作为负极时，锂嵌入硅后会首先生成无定形的亚稳态合金LixSi。
Limthongkul 解释为Si 中的相变情况不应该从热力学角度去分析，而是应该从电子和离子的动力学来分析，该文献称Li 与Si 反应生成无定形态的亚稳态合金的过程为电化学驱动的固相非晶化过程（electrochemically-driven solid-state amorphization ）。
晶相的硅锂合金还有其它的化合物包括 LiSi 、Li 21Si 5、Li 15Si 4等，常见的几种硅锂合金的晶格结构如表 1.1。
表1.1 锂硅合金的晶体结构LiS iLi12Si Li 7Si Li 13Si Li 15Si Li 21Si Li 22Si 四方晶系正交晶系 菱方晶系 正交晶系 体心立方 面心立方 面心立方对于常温下锂与晶体硅的电化学合金化机理，Obrvac [3]等人对近几年的相关研究成果进行了总结，如图1.2和1.3所述。
硅负极调研报告
硅负极调研报告一、背景介绍硅负极是一种新型的负极材料，相比传统的石墨负极具有更高的比容量和更长的循环寿命。
目前，硅负极已经被广泛应用于锂离子电池领域，并且在未来的发展中具有广阔的前景。
二、硅负极材料特点1. 高比容量：硅负极材料具有高达4200mAh/g的比容量，相比传统石墨负极（372mAh/g）提高了10倍以上。
2. 良好的循环性能：硅负极材料在循环过程中能够保持较好的稳定性，可以达到较长的循环寿命。
3. 低成本：硅资源丰富，价格低廉，因此硅负极材料具有较低的生产成本。
三、市场应用情况1. 锂离子电池领域：目前，大部分锂离子电池都采用石墨作为负极材料。
但是随着电动汽车等领域对电池性能要求不断提高，硅负极逐渐被应用于锂离子电池领域。
2. 其他领域：硅负极材料还可以应用于太阳能电池、储能系统等领域。
四、硅负极材料的生产技术1. 溶胶-凝胶法：该方法是将硅前驱体与溶剂混合后制备成溶胶，通过凝胶化和热处理得到硅负极材料。
2. 电化学沉积法：该方法是将硅离子在电解液中还原沉积到导电基底上，形成硅负极材料。
3. 真空热蒸发法：该方法是在真空条件下将硅蒸发到导电基底上，形成硅负极材料。
五、市场竞争情况目前，国内外已经有多家企业开始了硅负极的生产和研发工作。
国内企业主要有比亚迪、宁德时代等；国外企业主要有TESLA、Panasonic等。
这些企业在硅负极领域都拥有一定的技术优势和市场份额。
六、未来发展趋势1. 锂离子电池市场需求不断增加，对于高性能的负极材料需求也会不断提高，硅负极材料将会得到更广泛的应用。
2. 随着技术不断进步，硅负极材料的成本会逐渐降低，未来市场前景广阔。
3. 硅负极材料的研究和开发仍然需要不断加强，尤其是循环寿命和安全性方面的研究需要更多关注。
七、结论硅负极是一种具有广阔应用前景的新型负极材料。
目前国内外已经有多家企业开始了硅负极的生产和研发工作，未来市场需求将会不断增加。
但是在研究和开发过程中仍然需要关注循环寿命和安全性等问题。
石墨烯的研究与应用综述、产业现状
石墨烯的研究与应用综述一、石墨烯的结构与特性石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是最薄的二维材料，单层的厚度仅0.335nm。
石墨烯可塑性极大，是构建其他维数碳材料的基本单元，可以包裹成零维的富勒烯结构，卷曲成一维的碳纳米管，以及堆垛成三维的石墨等。
石墨烯的理论研究已有60多年的历史，但直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，利用胶带剥离高定向石墨的方法获得真正能够独立存在的二维石墨烯晶体，二人因此荣获2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯具有一些奇特的物理特性：导电性极强：石墨烯中的电子没有质量，电子的运动速度能够达到光速的1/300，是世界上电阻率最小的材料。
良好的导热性：石墨烯的导热性能优于碳纳米管和金刚石，单层石墨烯的导热系数可达5300瓦/米水度，远高于金属中导热系数高的银、铜等。
极好的透光性：石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，并使所有光谱的光均匀地通过。
超高强度：石墨烯被证明是当代最牢固的材料，硬度比莫氏硬度10级的金刚石还高，却又拥有很好的韧性，可以弯曲。
超大比表面积：石墨烯拥有超大的比表面积(单位质量物料所具有的总面积)，这使得石墨烯成为潜力巨大的储能材料。
石墨烯特殊的结构形态，具备目前世界上最硬、最薄的特征，同时具有很强的韧性、导电性和导热性，这些极端特性使其拥有巨大发展空间，应用于电子、航天、光学、储能、生物医药、日常生活等大量领域。
二、石墨烯的制备方法石墨烯的制备方法主要有机械法和化学法2种。
机械法包括微机械分离法、取向附生法和加热碳化硅法；化学法包括外延生长法、化学气相沉积法与氧化石墨还原法。
微机械分离法是直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来，可获得高品质石墨烯，且成本低，但缺点是石墨烯薄片尺寸不易控制，不适合量产；取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，石墨烯性能令人满意，但往往厚度不均匀；加热碳化硅法能可控地制备出单层或多层石墨烯，是一种新颖、对实现石墨烯的实际应用非常重要的制备方法，但制备大面积具有单一厚度的石墨烯比较困难。
锂离子电池负极材料研究综述
锂离子电池负极材料研究综述随着电动汽车和可再生能源的快速发展，锂离子电池已经渐渐成为了能源存储领域的主流技术。
作为锂离子电池的重要组成部分，负极材料的研究和优化也一直备受关注。
本文将对当前锂离子电池负极材料的研究进展进行综述。
1. 石墨石墨是目前应用最广泛的锂离子电池负极材料，其优点是稳定性好、成本低廉。
然而，石墨负极材料的储锂容量较低，在高倍率下往往出现电化学性能下降、安全性差等问题。
因此，许多研究者试图改进石墨的结构和性能，以提高其电化学性能。
2. 硅基材料硅是一种优良的材料，因其高的储锂容量而备受关注，理论储锂容量可以达到3579mAh/g，是石墨的10倍以上。
然而，硅具有极强的体积膨胀性，很难在锂离子电池的循环过程中保持实际容量。
因此，针对硅材料的稳定性和循环性能，近年来涌现了许多研究成果。
常用的改进方法包括：掺杂、结构设计、纳米多孔、复合结构等。
3. 金属氧化物金属氧化物材料储锂容量高、稳定性好的优点，因此逐渐成为了锂离子电池负极材料的研究热点。
例如，Fe3O4、Co3O4等氧化物具有较高的储锂容量，可以作为替代石墨的材料。
然而，金属氧化物也存在由于循环而引起的容量衰减、体积膨胀等问题，这成为了限制金属氧化物应用的瓶颈所在。
针对这些问题，目前的改进方法主要涉及纳米化处理、涂覆保护等。
4. 碳基材料碳基材料因其纯净、多孔、可控的结构、良好的导电性和化学稳定性，被广泛应用于锂离子电池负极材料中。
其中，石墨烯等材料因其良好的电导率、高特异表面积以及良好的机械性能等优点，成为了研究的热点。
然而，碳材料的缺点也很明显，主要表现在性能稳定性较差、循环容量变化大等方面。
为了克服这些问题，有必要对碳材料进行表面修饰、杂化改性、结构设计等方面的改进。
5. 其他材料除了上述几种材料外，还有很多材料被应用于锂离子电池负极材料的研究中，例如Alloys、硫化锂、碱金属化金属等。
这些材料的研究相对成熟，但也存在一些问题，需要在实际应用中进一步调优。
石墨烯硅碳负极材料
石墨烯硅碳负极材料是一种新型的锂离子电池负极材料，主要由石墨烯、硅和碳组成。
这种材料结合了石墨烯的高导电性、大比表面积和优异机械性能，以及硅的高理论比容量和碳的稳定结构等优点，展现出了较高的电化学性能和应用潜力。
在石墨烯硅碳负极材料中，石墨烯可以作为一种优良的导电网络和结构骨架，提高电极的导电性和结构稳定性。
同时，石墨烯的大比表面积可以提供更多的活性物质附着位点，增加电极的容量。
硅作为高容量活性物质，可以显著提高电极的能量密度。
而碳则起到稳定结构和缓冲体积变化的作用，防止电极在充放电过程中发生粉化和短路。
此外，石墨烯硅碳负极材料还具有良好的循环稳定性和倍率性能。
经过多次充放电循环后，其容量保持率仍然较高，表现出良好的循环稳定性。
同时，该材料在高倍率充放电条件下也能保持较高的容量，适合用于需要快速充电和放电的应用场景。
然而，石墨烯硅碳负极材料也存在一些挑战和问题。
例如，硅在充放电过程中会发生巨大的体积变化，导致电极结构的不稳定。
同时，石墨烯的制备成本较高，也限制了该材料的实际应用。
因此，未来的研究需要进一步优化材料结构和制备工艺，降低成本，提高性能，以推动石墨烯硅碳负极材料在锂离子电池领域的广泛应用。
负极材料调研报告
负极材料调研报告负极材料调研报告一、引言负极材料是电池中的一部分，能够储存和释放电荷。
它被广泛应用于各种电池类型，如锂离子电池、锂聚合物电池、铅酸电池等。
本文将对几种主要的负极材料进行调研，并分析它们的特性和应用。
二、锂离子电池负极材料1. 石墨石墨是锂离子电池最常用的负极材料之一。
它具有良好的导电性、稳定性和可靠性，并且价格相对较低。
然而，石墨的储能密度较低，无法满足高能量密度电池的需求。
2. 硅基材料硅基材料作为锂离子电池的负极材料具有较高的储能密度，因为硅具有更高的锂存储容量。
但是，硅的体积膨胀率较大，容易导致电池的损坏。
因此，当前研究重点是提高硅的稳定性和耐久性。
三、锂聚合物电池负极材料1. 石墨烯石墨烯是一种由碳原子排列形成的单层薄片材料。
与石墨相比，石墨烯具有更高的电导率和更好的化学稳定性。
由于其优异的性能，石墨烯被广泛研究作为锂聚合物电池的负极材料。
2. 碳纳米管碳纳米管是由碳原子形成的管状结构。
碳纳米管具有优异的导电性和机械性能，可以提高锂聚合物电池的储能密度和循环性能。
然而，碳纳米管的制备和成本仍然是一个挑战。
四、铅酸电池负极材料1. 铅酸铅铅酸铅是铅酸电池的传统负极材料。
它具有良好的导电性和化学稳定性，并且相对便宜。
然而，铅酸铅的储能密度较低，限制了铅酸电池的应用范围。
2. 其他材料铅酸电池的负极材料也可以选用一些具有高储能密度的材料，如锂铁磷酸盐、钠铅等。
这些材料具有更高的电化学性能和循环性能，但是制备和成本仍然是一个挑战。
五、结论本次调研中，我们对几种主要的负极材料进行了分析。
锂离子电池的负极材料主要是石墨和硅基材料，锂聚合物电池的负极材料主要是石墨烯和碳纳米管，铅酸电池的负极材料主要是铅酸铅和其他高储能密度材料。
这些材料在不同的电池类型中具有不同的特点和应用。
未来的研究方向应该集中在提高负极材料的储能密度和循环性能，降低成本，并且解决材料在电池循环过程中的膨胀和损坏问题。
石墨烯综述
综述一、项目背景及意义我国近几十年以来一直在进行大规模的土木工程建设，部分寿命已长达几十年的桥梁建筑等结构产生病变并不断引发灾难，引发行业反思。
建筑结构发展的现状迫切需要结构方面的监测以进行桥梁状况判断，对建筑结构的运行状况做及时的了解和预测，对于预防桥梁损毁事故显得尤为重要。
当前建筑结构的健康监测主要是通过对结构的各种变形数据的监测来进一步的掌握健康状况。
一般而言，建筑结构的健康监测系统由四个主要部分组成：传感器、数据采集与传输系统、数据处理与分析系统、安全评估系统，分别实现从桥梁运行实时数据的采集、传输、处理和评估。
传感器能否承受结构的超大变形成为实现结构健康实时监测的前提。
二、石墨烯简介石墨烯是由碳六元环组成的两维周期蜂窝状点阵结构, 它可以翘曲成零维的富勒烯,卷成一维的碳纳米管或者堆成三维的石墨, 因此石墨烯是构成其他石墨材料的基本单元。
理想的石墨烯结构是平面六边形点阵，可以看作是一层被剥离的石墨分子，每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键，π电子可以自由移动，赋予石墨烯良好的导电性。
电子在石墨烯中传输的阻力很小，因此具有很好的电子传输性质；力学性能好、韧性好，有实验表明，它们每100nm距离上承受的最大压力可达2.9N。
可否借助石墨烯及其衍生品的在超大变形下结构不发生破坏并保持很高的导电性这一性质，研制开发超大变形感知元件及其相应的智能结构部品，以突破这项技术领域的瓶颈难题，成为很多研究工作者的研究方向。
三、国外石墨烯制备及应用研究进展石墨烯的制备方法主要有机械法和化学法2种。
微机械分离法是直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来，可获得高品质石墨烯，且成本低，但缺点是石墨烯薄片尺寸不易控制，无法可靠地制造出长度足供应用的石墨薄片样本，不适合量产。
取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，石墨烯性能令人满意，但往往厚度不均匀。
化学还原法能够低成本制备，但很难制备没有晶界的高品质石墨烯薄片。
石墨烯及其材料综述
关于石墨烯和石墨烯复合材料的综述石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体, 它是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2杂化碳的基本结构单元, 具有很多奇异的电子及机械性能。
自从2004年发现以来，研究者对这种材料在未来技术革命方面提出了大量的建设性创意，石墨烯被认为是未来能够取代硅的一种新型电子材料。
石墨烯是只有一个原子厚的结晶体，具有超薄、超坚固和超强导电性等特性，其优异的电学、热学和力学性能，在纳米电子器件、储能材料、光电材料等方面的潜在应用价值引起了科学界新一轮的“碳”热潮。
它不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬，仅仅是一个原子的厚度，并形成了高质量的晶体格栅，石墨烯的结构，是由碳原子六角结构紧密排列构成的二维单层石墨，是构造其他维度碳质材料的基本单元。
它可以包裹形成0维富勒烯，也可以卷起来形成一维的碳纳米管，同样，它也可以层层堆叠构成三维的石墨。
石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。
石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。
这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。
石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。
由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。
大量制备尺寸、厚度可控的石墨烯材料对石墨烯基材料的应用具有重要的意义。
制备石墨烯可以归结为两个基本的思路：一是以石墨为原料，通过削弱以及破坏石墨层间的范德华力来剥开石墨层从而得到石墨烯：二是基于活性碳原子的定向组装，“限制”碳原子沿平面方向生长。
基于上述思想，化学剥离法、SiC 表面石墨化法和金属表面外延法等一些新的方法相继被报道。
本人通过大量的归纳总结，共总结出以下七种方法。
机械剥离法就是利用机械力，将石墨烯片从具有高度定向热解石墨(HighlyOriented Pyrolytic Graphite，HOPG)表面剥离开来。
石墨负极材料现状及未来发展趋势
石墨负极材料是锂离子电池中至关重要的一部分，它的性能直接影响着电池的循环性能、能量密度以及安全性。
对石墨负极材料的研究和开发具有重要意义。
本文将从当前石墨负极材料的研究现状入手，分析其存在的问题，并展望其未来发展趋势。
一、当前石墨负极材料研究现状1. 石墨负极材料的基本特性石墨是一种具有层状结构的材料，其晶格中的碳原子呈现六角形排列。
这种结构使得石墨具有良好的导电性和机械性能，因此被广泛应用于锂离子电池中的负极材料。
2. 石墨负极材料的优势相比于其他材料，石墨负极材料具有循环稳定性好、容量较高、价格低廉等优点，因此被广泛应用于商业化的锂离子电池中。
3. 石墨负极材料存在的问题然而，由于其在充放电过程中容易产生锂金属析出、固体电解质界面膜（SEI膜）不稳定等问题，导致了锂离子电池的循环寿命和安全性受到限制。
二、石墨负极材料的未来发展趋势1. 新型石墨负极材料的研发为了解决现有石墨负极材料存在的问题，科研人员正在积极探索开发新型石墨负极材料，如硅基石墨复合材料、氧化石墨烯等，以提升电池的循环寿命和安全性。
2. 石墨负极材料的表面改性通过表面涂层、界面调控等手段，可以有效地提升石墨负极材料的循环稳定性和电化学性能，为锂离子电池的应用提供更好的性能保障。
3. 石墨负极材料的工业化生产随着锂离子电池产业的快速发展，对于石墨负极材料的工业化生产需求也在不断增加，研究人员将不断努力提升石墨负极材料的制备工艺和质量控制水平。
4. 石墨负极材料的多功能化未来，石墨负极材料可能不仅仅作为电池负极材料，还可能具备其他的功能，如光催化、储能等，这将为石墨负极材料的应用拓展带来新的机遇。
三、结语石墨负极材料是锂离子电池中不可或缺的一部分，其性能的提升对于电池的整体性能具有重要意义。
当前，石墨负极材料的研究正在不断深入，未来的发展将更加多样和多元化，我们对石墨负极材料的进一步研发和应用充满期待。
四、新型石墨负极材料的研发随着能源需求和环境保护意识的提升，对锂离子电池的性能要求也越来越高。
石墨烯制造技术研究文献综述
石墨烯制造技术研究文献综述石墨烯是一种由碳原子组成的二维单层晶体材料，具有独特的物理、化学和电学性质。
由于其出色的导电性、热导性和力学性能，石墨烯在各个领域都有广泛的应用潜力。
本文将对石墨烯制造技术的研究现状进行综述，包括其制备方法、表征技术和应用领域等方面的研究进展。
石墨烯的制备方法多种多样，常见的包括机械剥离、化学气相沉积、化学还原法、热解法等。
其中，机械剥离是最早被发现和研究的方法，通过用胶带粘取石墨片的方法，可以得到较大面积的石墨烯薄片。
然而，机械剥离方法的制备效率低，难以实现大规模生产。
化学气相沉积方法利用金属催化剂将碳源气体转化为石墨烯，具有高效、可控性强的优点，广泛应用于实验室和工业生产中。
化学还原法通过还原氧化石墨烯来制备石墨烯，简单易行，但产物质量较低。
热解法则是通过高温热解碳源材料得到石墨烯，制备过程相对复杂，但可以得到高质量的石墨烯。
石墨烯的表征技术主要包括光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和拉曼光谱等。
光学显微镜可以用来观察石墨烯的形貌和层数，但无法提供详细的原子级信息。
扫描电子显微镜可以获得更高分辨率的表面形貌信息，透射电子显微镜则可以观察到石墨烯的原子结构。
拉曼光谱是最常用的石墨烯表征技术之一，可以通过测量石墨烯的拉曼散射光谱来确定其层数和结构等信息。
石墨烯的应用领域广泛，包括电子学、光学、能源和生物医学等领域。
在电子学领域，石墨烯具有出色的电子传输性能，可以用于制造高速电子器件和透明导电薄膜等。
在光学领域，石墨烯的宽带隙和强吸收特性使其成为优异的光学材料，可用于制造光电探测器、太阳能电池和光学透镜等。
在能源领域，石墨烯的高导电性和高比表面积使其成为理想的电极材料，可用于制造超级电容器和锂离子电池等。
在生物医学领域，石墨烯具有良好的生物相容性和生物传感性能，可用于制造生物传感器和药物递送系统等。
石墨烯制造技术的研究在过去几十年取得了巨大进展。
各种制备方法和表征技术的不断发展，为石墨烯的应用提供了更多可能性。
文献综述.石墨烯
文献综述.石墨烯文献综述石墨烯的计算物理研究近况石墨烯的计算物理研究近况一、石墨烯晶体的研究近况单层的二维石墨单晶，因其面外声子振动模式的存在，并不认為能够孤立的稳定存在。
因此，单层的二维石墨单晶，石墨烯，於2004 年通过在SiO2 表面上巧妙的光学效应被观测到，且具有奇异的电学特性，引起广泛关注。
石墨烯的电子特性主要由其π电子控制。
由於构成石墨烯的每个碳仅有一个π电子，导致π电子能带為半填充。
在过渡金属元素组成的材料中，电子的半填充特性对电子的强关联物理具有重要的影响。
在过渡金属元素中，由於原子核对d 电子有强的束缚性，在同一格位元的电子之间又有强的库仑排斥作用，导致由过渡金属元素组成的化合物中，特别是氧化物中，存在强的关联效应，磁性和绝缘特性。
最近的实验资料支持第一性原理计算的电子能带结构。
在以单电子近似為基础的电子低能线性色散关系的基础上，电子-电子之间的相互作用以及相关的电子关联特性成為石墨烯电子物理研究的重点。
在外加磁场下，奇异的整数量子霍尔效应，特别是仅室温边可观测到此效应( 实际上，正是这种奇异的整数量子霍尔效应证实了能带理论框架下Dirac 费米子的电子特性）。
Dirac 费米子可以百分之一百的几率通过经典的势垒禁区。
Dirac 费米子在外加限制势下可导致电子波的jittery 运动，即所谓的Zitterbewegung 现象。
在石墨烯上，由於下面衬底（如SiO2 表面）结构的杂质电荷引起的静电效应，石墨烯本身外平面声子震动引起的起伏和与衬底作用引起的起伏，以及石墨烯產生过程中必然引起的点缺陷，这些无序引起的局域的静电势效应，都可能导致对石墨烯的电子导电特性有重要影响。
二、石墨烯器件的研究近况随著电子器件的小型化，低於50nm 尺寸的纳米电子器件的要求使石墨烯成為理想的候选材料。
因此，裁剪石墨烯，在二维平面中引入纳米尺寸（如石墨烯纳米带），以及引入的边界问题值得考虑，特别是由於石墨烯电子的手征特徵所引起的边界效应，边界电子态的存在，以及边界态对电子输运的影响。
文献综述 zgx--final
文献综述z g x--f i n a l杭州电子科技大学毕业设计(论文)文献综述毕业设计（论文）题目石墨烯的制备研究文献综述题目石墨烯制备方法研究进展学院材料与环境工程学院专业环境科学姓名张高鑫班级10200411学号10204137指导教师李盛姬一、前言1.1氧化石墨烯的特性石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬；作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。
石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。
是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。
石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm。
sup2;/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。
在单层石墨烯中，每个C原子形成三个σ键，层内所有C原子还共同形成一个大π键，所以石墨烯中的所有原子都在同一个平面内。
由于π比σ键弱，化学性质就体现在双键上。
图1 石墨烯零维，一维，二维，三维结构图1.2氧化石墨烯的应用碳原子呈六角形网状键合的材料“石墨烯”具有很多出色的电特性、热特性以及机械特性。
具体来说，具有在室温下也高达20万cm2/Vs以上的载流子迁移率，以及远远超过铜的对大电流密度的耐性。
为此，石墨烯有望用于高速晶体管、触摸面板、太阳能电池用透明导电膜，以及成本低于铜但与铜相比可通过大电流的电线等[12]。
另外，在目前可以制作的片状材料中，石墨烯的厚度最薄、比表面积也较大。
而且，还具有超过金刚石的强度、弹性模数和导热率。
如果没有缺陷的话，即便是单层石墨烯，也不会通过大于氦（He）原子的物质。
这些性质可以使石墨烯作为电池的电极材料、散热膜、MEMS传感器[11]，或是理想的阻挡膜（Barrier Film）。
锂电池硅-石墨烯负极材料国内专利布局分析
锂电池硅-石墨烯负极材料国内专利布局分析摘要：对硅-石墨烯负极材料国内外重点专利和重要申请人进行分析，通过专利检索数据进行分析，对企业在该领域的技术发展提供指导。
关键词：硅，石墨烯，专利布局Analysis of domestic patent layout of silicon-graphene anode materials for lithium batteriesAbstract: The key domestic and foreign patents and important applicants for silicon-graphene anode materials are analyzed, and the patent search data is analyzed to provide guidance for the technological development of enterprises in this field.Keywords: silicon, graphene, patent layout1、引言以硅-碳(Si-C)复合材料为代表的新型高容量负极材料是未来发展趋势。
硅-碳复合体系中，Si颗粒作为活性物质，提供储锂容量，C既能缓冲充放电过程中硅负极的体积变化，又能改善Si质材料的导电性，还能避免Si颗粒在充放电循环中发生团聚。
石墨烯具有高比表面积、良好的导电性和良好的力学性能，是硅碳复合材料的常用碳源之一[1-3]。
2、Si-石墨烯专利Si-石墨烯技术专利申请自2008年以后才萌芽，研究方向还仅限于利用石墨烯本身的特征，专利申请人纳米技术仪器公司在2008年申请专利CN101849302公开了“一种用作锂离子电池阳极的纳米级石墨烯薄片基复合组合物”，在技术发展的初始阶段，技术研究主要体现在将石墨烯直接用作锂离子电池的应用方面上，纳米技术仪器公司于2014年将专利CN101849302转让给三星集团；专利申请人巴特尔纪念研究院在2009年申请专利US8257867公开了“一种石墨烯材料结合的金属氧化物的纳米复合材料”主要是为了提升电池的比容量，该专利于2011年转让给普林斯顿大学理事会；专利申请人安普雷斯股份有限公司于2010年申请专利US8450012公开了“一种应用于锂离子电池涉及中空纳米结构高容量的电化学活性材料的电极层”有利于充电的电池在循环期间膨胀而提供自由空间。
《2024年基于石墨烯的锂离子电池负极材料的研究》范文
《基于石墨烯的锂离子电池负极材料的研究》篇一一、引言随着科技的发展和人们生活水平的提高，对于高性能电池的需求日益增长。
锂离子电池因其高能量密度、长寿命和环保等优点，已成为当前研究和应用最广泛的电池类型之一。
然而，随着电动汽车、可穿戴设备等领域的快速发展，对锂离子电池的能量密度和循环寿命提出了更高的要求。
因此，研究和开发新型的锂离子电池负极材料显得尤为重要。
近年来，基于石墨烯的锂离子电池负极材料因其独特的物理和化学性质受到了广泛关注。
本文将就基于石墨烯的锂离子电池负极材料的研究进行详细介绍。
二、石墨烯的性质及其在锂离子电池中的应用石墨烯是一种由单层碳原子构成的二维材料，具有优异的导电性、高比表面积、出色的机械强度和良好的化学稳定性。
这些独特的性质使得石墨烯成为锂离子电池负极材料的理想选择。
石墨烯可以提供更多的活性位点，有利于锂离子的嵌入和脱出，从而提高电池的容量和循环性能。
三、基于石墨烯的锂离子电池负极材料的制备方法目前，制备基于石墨烯的锂离子电池负极材料的方法主要有化学气相沉积法、溶液法和物理气相沉积法等。
其中，溶液法因其操作简单、成本低廉等优点受到广泛关注。
通过将石墨烯与活性物质、导电剂和粘结剂等混合，制备成浆料后涂布在集流体上，再经过干燥、切割等工艺，即可得到基于石墨烯的锂离子电池负极材料。
四、基于石墨烯的锂离子电池负极材料的研究进展近年来，研究者们通过改进制备工艺、掺杂其他元素、构建复合结构等方法，不断提高基于石墨烯的锂离子电池负极材料的性能。
例如，通过在石墨烯表面负载纳米硅、纳米锡等材料，可以提高材料的容量；通过引入氮、硫等元素，可以提高材料的导电性和嵌锂性能；通过构建三维石墨烯网络结构，可以提高材料的循环稳定性和倍率性能。
这些研究为进一步提高锂离子电池的性能提供了新的思路和方法。
五、未来展望未来，基于石墨烯的锂离子电池负极材料的研究将更加深入和广泛。
一方面，研究者们将继续探索新的制备工艺和材料结构，以提高材料的容量、循环稳定性和倍率性能。
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硅石墨烯负极材料最近文献综述集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]硅石墨烯最近文献综述(2013-至今) Minsu Gu, Seunghee Ko, Seungmin Yoo等[1]提出了一种同轴核壳硅-石墨烯纤维结构，该纤维结构的制备采用双喷嘴设备进行湿纺组装。
其中，核由银包覆的纳米硅颗粒与氧化石墨烯混合液组成，壳是氧化石墨烯分散液，分别由两个喷丝头进入，然后用水合肼将氧化石墨烯还原为石墨烯，从而制备出Si@Ag/TRGO复合材料。
具体制备示意图如图1所示：图1 同轴Ag修饰Si-石墨烯纤维湿法纺丝过程示意图复合材料电极无需导电剂，在倍率下，首次充放电容量分别通过该方法制备的Si@Ag/TRGO900为1204 mAh/g和960 mAh/g，首次库仑效率为%，100个循环后的充电容量为766 mAh/g，容量保持率为%。
Jaegyeong Kim, Changil Oh, Changju Chae等[2]采用水性溶胶凝胶法制备出出了Si/C-IWGN（internally wired with graphene networks）复合材料。
其中，溶胶凝胶系统由硅纳米颗粒、间苯二酚-甲醛和氧化石墨烯组成。
大致步骤为：首先将纳米硅颗粒在水中超声分散，同时加入氧化石墨烯溶液，接着超声分散均匀，然后加入间苯二酚、甲醛（碳源前驱体）以及碳酸钠（催化剂）进行缩聚反应，最后将得到的复合凝胶在850℃下高温碳化处理即可制备出目标产物。
具体制备示意图如图2上半部分所示：图2 Si/C-IWGNs和涉及的Si/C复合材料制备示意图作者发现，Si/C-IWGNs中少量的石墨烯（1-10wt%）能够有效的提高复合材料的循环稳定性，这主要归功于以下因素：1）石墨烯网络在复合材料中的形成；2）石墨烯网络能够提供足够的空间来容纳硅的体积膨胀。
此外，Si/C-IWGNs显示出比商用石墨高141%的体积容量。
作者最后还制备了Si-Gr（由Si/C-IWGN和石墨组成）复合材料，在100 mA/g的电流密度下，首次库仑效率为%，容量高达800-900 mAh/g，体积容量高于石墨的161%，100个循环后的容量保持率为%。
Hai Li, Chunxiang Lu, Baoping Zhang等[3]通过对纳米硅颗粒、蔗糖和氧化石墨烯混合物进行冷冻干燥后进行热处理，制备出了Si@C/G复合材料，该方法在实现了纳米硅颗粒的碳包覆的同时，也解决了石墨烯基片在复合材料的分散问题，如图3所示：图3 Si@C/G制备路线示意图： Si纳米颗粒、蔗糖和GO水溶液的混合物1）冷冻干燥；2）在氮气氛围内1000℃下热处理将该复合材料组装成电池后进行测试，在500mAh/g的电流密度下，首次充放电容量分别为2080mAh/g和1741mAh/g，首次库仑效率为%，100个循环后比容量依然高达1410mAh/g，容量保持率为67%。
作者还对该复合材料进行了倍率性能测试，表现出较好的倍率性能和可恢复性能，如图4所示：图4 Si@C/G在500mAh/g下的循环性能测试（c）;倍率性能测试（d）ZhenZhen Li, Wei Wang, Zhihu Li等[4]发现之前的很多报道均使用大量的粘结剂来提高硅碳复合材料的循环稳定性，但是牺牲了活性物质的容量，作者在不损失活性物质的前提下，尝试了各种导电剂在多孔硅碳复合材料中建立电桥来提高复合材料的结构稳定性，从而提高循环寿命。
结果发现，零维的MCMB桥接电极在循环80个周期后容量保持率为80%，VGCF（气相生长碳纤维）桥接的电极能200个循环后的容量为800mAh/g，容量保持率为79%，rGO（石墨烯）桥接的电极能保持220个循环，容量保持率为91%。
如图5所示：图5 硅碳负极循环性能测试作者的硅碳负极复合材料的制备过程大致如下：纳米二氧化硅颗粒，蔗糖和导电剂（如SP）加入到纳米硅颗粒悬浮液中，然后对上述悬浮液进行喷雾干燥，接着将粉末在氩气的氛围中900℃下热处理，最后将获得的复合材料用氢氟酸刻蚀处理即可。
制备过程流程图如图6所示：图6 制备示意图：a）多孔Si-C复合材料；b）导电剂桥接Wenyue Li, Yongbing Tang, Wenpei Kang等[5]报道了一种温和的镁还原/葡萄糖碳化方法来制备Si/C复合材料。
该方法以氯化钠为模板构建一种类似片状泡沫纳米结构，中空Si/C纳米微球均匀地在碳薄片上进行自组装，形成类似汽泡纸的复合材料。
该碳薄片载体能有效的促进电荷转移过程，且Si/C复合材料的碳壳抑制了SEI膜的成长。
此外，中空结构和碳薄片的设计能有效的缓冲纳米硅的体积膨胀，从而保证复合材料的循环性能和倍率性能。
该复合材料的大致制备步骤如下：首先将SiO2纳米微粒均匀地分散在氯化钠/葡萄糖溶液中，之后将水缓慢蒸发，随着氯化钠晶体的析出，晶体表面上会覆盖上SiO2微粒和葡萄糖分子。
干燥后，将获得的样品与镁粉混合均匀，在Ar/H2的还原气氛中650℃下进行煅烧处理，在此过程中，葡萄糖被碳化于氯化钠模板表面，SiO2纳米微粒被还原为纳米硅颗粒。
最后采用HCl溶液将氯化钠模板和残留的镁粉移除即可制备出汽泡纸核壳Si/C纳米结构复合材料，具体示意图如图7所示：图7 汽泡纸碳膜载体核壳结构Si/C复合材料的制备过程示意图将该复合材料制作成电池，充放电电压范围为，首次循环采用g，之后采用1A/g的电流密度。
首次脱锂容量达到2137mAh/g，首次库仑效率约为72%，经过200个循环后，容量约为1018mAh/g，容量保持率为%。
将倍率提高到,1,2,5,10A/g后，容量依次从1286mAh/g变为1132、973、840、671mAh/g，表现出了较好的倍率性能，当电流密度恢复为1A/g时，放电容量恢复为1110mAh/g，表现出了较好的恢复性能。
如图8所示：图8 1A/g电流密度下的循环性能测试（左）；倍率性能测试（右）Ran Yi, Jiantao Zai, Fang Dai等[6]报道了微尺寸的石墨烯包覆Si/C颗粒制备复合材料，石墨烯提供了额外的电子转移途径，并形成了连接Si-C颗粒的导电网络，这种导电网络同时存在于颗粒内部和颗粒与颗粒之间，大致制备步骤如下：首先将SiO（2um）均匀分散于水溶液中，然后加入PDDA，继续搅拌，紧接着加入GO分散液，搅拌2h，过滤后得到GO/PDDA-SiO混合物。
真空干燥后置于管式炉中（Ar/H2=95:5,V/V）950℃下高温碳化5h，然后采用HF（20%）溶液刻蚀掉SiO2，最后将上述制备的G/Si复合材料置于管式炉中在乙炔气和高纯氩气（9:1）氛围内800℃下碳包覆10min（100sccm）即可制得G/Si-C复合材料，制备过程示意图如图9所示：图9 G/Si-C复合材料制备过程示意图作者对面积比容量方面做了详细的研究，结果发现高质量负载（高的活性材料利用率）可以保持低电阻，相应地，该复合材料在100个循环后显示出高达cm2的面积容量。
Da Chen, Ran Yi, Shuru Chen等[7]通过高能球磨和热处理制备出了硅/石墨烯复合材料。
大致制备步骤如下：首先配制NMP作为溶剂的PVDF溶液（4wt%），然后将硅纳米颗粒和氧化石墨烯分散液加入到上述制备的溶液中，接着将该混合物采用球磨机球磨10小时，真空干燥后置于管式炉中在氩气的氛围中700℃下高温煅烧3小时即可制备出目标产物。
作者首次把黄原胶作为新型的粘结剂。
与纯硅负极相比，硅/石墨烯复合负极有更好的循环性能和倍率性能。
该复合材料的首次充放电容量分别为1553mAh/g和1314mAh/g，首次库仑效率为%，10圈和50圈的容量分别为1353mAh/g和484mAh/g，容量保持率分别为%和%。
在倍率方面，当电流密度提高到2000mA/g和4000mA/g时容量依然能保持766mAh/g和458mAh/g，如图10所示：图10 硅/石墨烯复合材料与纯硅的循环性能对比（A）;倍率性能对比（B）Fei Li, Hongwei Yue，Zhibo Yang等[8]通过化学气相沉积法在无需支撑的石墨烯泡沫上沉积硅薄膜制备出复合材料，制备步骤如下：石墨烯薄膜通过CVD法首先在泡沫镍上生长，然后将泡沫镍基底转移至石英管式炉中，在1000℃下煅烧20min（Ar:H2=500sccm:200sccm），之后将CH4（30sccm）通入管式炉中10min，然后基底迅速降温至100℃（150℃/min）,将获得的石墨烯薄膜修饰的泡沫镍放入PMMA溶液中（4%，苯甲醚溶剂），然后180℃烘烤30min，镍骨架在FeCl3/HCl（80℃）溶液中蚀刻掉，在加热的丙酮溶液中移除PMMA后即得到易弯曲无支撑多层石墨烯泡沫，最后在550℃，5000Pa下通入SiH4（10sccm）30min即可得到目标产物。
该方法得到的复合材料制作电池时无需粘结剂和添加剂，在cm2的电流密度下，面积比容量可达到cm2，即相当于质量比容量620mAh/g（整个电极质量）。
Shuangqiang Chen, Peite Bao, Xiaodan Huang等[9]通过热气泡喷射辅助CVD法和镁热还原法制备出了分层三维碳包覆多孔硅纳米微球@石墨烯泡沫（GF）纳米复合材料（C@Si@GF）。
大致制备过程如下：石墨烯泡沫的制备：首先氧化石墨烯与硬脂胺（ODA）混合，在90℃下回流15小时，制备出GO-ODA溶液，将裁剪好的聚氨酯泡沫浸入上述GO-ODA溶液中，前驱体在微波化学合成仪中180℃下处理30min，洗涤真空干燥后将其放入管式炉中在氩气气氛中400℃煅烧3小时已除去聚氨酯和还原GO，即获得石墨烯泡沫。
C@Si@GF复合材料的制备：原硅酸四乙酯预加热到95℃形成蒸汽，在石英管中700℃下并与H2/Ar气一起混合组合成混合气通过GF，从而SiO2纳米颗粒负载于GF中，冷却至室温后在手套箱中与镁粉混合，然后转移至管式炉中在H2/Ar氛围中700℃下煅烧2小时，之后C2H2/Ar通入管式炉中进行碳包覆，最后产品用盐酸和氢氟酸洗涤即得到目标产物。
制备过程示意图如图11所示：图11 多孔C@Si@石墨烯泡沫复合材料合成过程示意图多孔C@Si@石墨烯泡沫复合材料在100mA/g的电流密度下的首次可逆容量为1480mAh/g，首次库仑效率为66%，200个充放电循环周期后容量保持率达到%。
同时，复合材料的倍率性能也较为优异，电流密度从100mA/g增加到10A/g在回到100mA/g时，电极的高容量能够得到保持，体现了较好的完整性。
如图12所示：图12 多孔C@Si@石墨烯泡沫复合材料充放电性能测试：循环性能测试（左）；倍率性能测试（右），注：C为比容量，N为循环次数Junxiong Wu, Xianying Qin, Haoran Zhang等[10]报道了一种新颖的无粘结剂硅/碳复合薄膜电极，该复合薄膜通过静电喷雾法随后热处理法制备，由硅-多孔碳层和石墨烯层组成，复合薄膜中的硅纳米颗粒嵌入到多孔碳层中，该多孔碳层由氮掺杂的碳骨架、碳黑和碳纳米管组成，硅-多孔碳层再被易于弯曲和导电性极佳的石墨烯基体夹于中间，类似于三明治结构。