石墨烯包覆硅颗粒及其锂离子电池性能研究.docx
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石墨烯包覆硅颗粒及其锂离子电池性能研究
石墨烯包覆硅颗粒及其锂离子电池性能研究
硅材料具有目前已知的最高的锂离子潜入理论容量，即4200mAhg-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0.65mgcm-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210mAg-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——2370mAhg-1。
100次充放电循环后，电流密度增加为4200mAg-1是，该材料的电极仍然能够保持1000mAhg-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
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（372mAhg-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
自从1799年意大利的物理学家AlessandroVolta成功制备出世界上第一个电池——“伏特电堆”（Voltacell）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MnO2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3860Ahkg-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-3.01V，因此，锂电池工作电压高达3.9V；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LiCoO2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，LiMn2O4体系、LiFePO4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3.6V，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140~160mAhg-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%；
（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“绿色”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
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+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
1.4.1.1LiCoO2
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274mAhg-1，实际应用容量约为140mAhg-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。
1.4.1.2LiFePO4
橄榄石结构的LiFePO4属正交晶系，空间群为Pmna，晶体结构如图1.4.1所示。
LiFePO4由Goodenough小组于1997年首次用做锂离子电池正极材料。
与上述正极材料相比，LiFePO4原料来源最为丰富，因而有望大幅度降低电池成本。
LiFePO4同时具有环保无污染、无毒性、结构稳定、热稳定性好等诸多优点，是下一代高功率动力型锂离子电池首选正极材料之一。
LiFePO4的缺点是电导率较低，且在低温下性能会有所下降。
在其制备过程中，氧化铁在高温还原性气氛中有可能被还原为单质铁，从而引起电池微短路，存在安全隐患。
此外，LiFePO4的振实密度较低，电池成品率低且一致性较差。
图1.4.1LiFePO4晶体结构示意图
1.4.1.3三元复合材料
作为锂离子电池正极材料的三元复合材料通常指包含有三种金属元素如Ni、Co、Mn等的复合材料，一般形式为Li（NixCoyMnz）O2，其中Ni、Co、Mn的比例可以根据实际需要调整。
三元复合材料具有较高的安全性和稳定的循环性能。
其缺点是放电平台较低，且Co含量的增加会导致晶格常数变小，甚至发生结构变化，进而降低材料的比容量。
1.4.2电解液
构成锂离子电池的要素之一为电解液，电解液为电池正负极之间提供Li+离子传输，被称为锂离子电池的“血液”。
高质量的电解液体应该具备如下特性：
（1）稳定性高，在高压下不会分解变质，且具有低熔点、高沸点特性，对电极惰性，充放电过程中不参与反应；
（2）锂盐的溶解度和介电常数高，粘度小；
（3）与电极材料有良好的相容性，可促进电极电化学性能的发挥；
（4）易于制备，毒性低，对环境污染小。
目前常用的锂离子电池电解质为非水、非质子性的有机溶剂，一般由锂盐和有机溶剂组成，这样也可适量添加改性剂。
1.4.3负极材料
在锂离子电池充电过程中，负极材料会通过不断的嵌入Li+离子将外电路对电池所做的功存储起来。
因此，负极材料嵌入Li+离子的能力直接决定了锂离子电池所能存储的能量大小，自然也就决定了电池对外所能提供的电能。
目前，商用锂离子电池的负极材料主要由碳基材料、过度族金属氧化物、合金类材料以及其他一些反蛋白石结构的氮化物等。
其中碳基材料作为负极材料又可以分为：
碳纳米球、碳纳米管、石墨烯等种类。
1.5本论文的选题依据以及所开展的主要工作
硅被认为是一种很有前途的锂离子电池负极材料，是因为它具有已知最高的理论容量（约为4200mAhg-1）和低电位（约为370mVvs.Li/Li+）。
然而，到目前为止硅基负极材料因为其容量的快速衰减还没有应用到实际的商用产品中。
锂离子电池的充放电过程中严重的体积变化（约为380%）可能会导致活性材料和电流收集器之间的接触不良，因此电化学性能不佳。
各种硅纳米材料及其复合材料，如薄膜，硅纳米粒子（NPS）,硅纳米线（NWS），硅纳米管（NTS），三维（3D）多孔硅框架，硅碳纳米管（CNTs）和硅/石墨烯复合材料因为其减少体积变化而提高硅基负极材料的稳定性被报道。
石墨烯是一种能转化和存储能量的涂层材料，并且因为其结构单一、优良的导电性能、比表面积大、良好的弹性和较高的机械强度，有着重大的研究意义。
近年来的研究表明，石墨和硅的复合材料已经被证明为一种优良的锂离子电池负极材料。
然而，在大多数报道的论文中提到，聚合物粘合剂以保持秉承复合集流器通常是必要的，这可能会阻止离子运转，降低电极的导电性，并导致明显的容量损失。
在成熟的自支持的无粘合剂的电极石墨和硅复合材料中活性硅所占的比例由实际应用来决定。
这种石墨和硅的复合材料是否成为有优良的电化学性能和高的面密度的无粘合剂复合阳极，在科研方面仍然是一个挑战。
本论文我们提出了一个有效的方法合成了一种超薄氧化石墨烯/硅纳米颗粒的复合材料，图3.1为整个工艺的原理图。
我们认为将石墨烯和商业硅利用协同效应在微孔滤膜表面上达到沉积的方将是一种有效的策略，由此产生的结构物作为锂离子电池自由粘结剂的阳极。
结果表明，超薄的介孔石墨烯/纳米硅薄膜可以很容易地获得一块面密度为0.65mg/cm硅纳米颗粒质量载荷，这种复合阳极表现出了优异的循环性能和良好的倍率性能。
这种代表性的电极在速度为210mAg-1的第50充放电循环测试中，表现出了数据为2370mAhg-1的高的可逆容量。
当电流密度增加到4200mAg-1时，100次充放电测试后它的可逆容量仍旧高达1000mAhg-1。
该复合材料卓越的电化学性能，可以归因于该材料独特的结构和形态。
第二章样品的制备及表征方法
本文采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，该复合材料是一个厚度为25微米的柔性蜂窝状薄膜。
随后，采用X射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜等多种测试手段对样品的结构、形貌和成分等进行了表征。
最后，将所制备的复合材料制成电极，并组装成纽扣锂离子电池，对电池的充放电特性和恒电流循环性能等进行了测试分析。
本章我们简述实验中所使用的试剂和仪器设备，并对材料、电极和电池制备和表征方法做一简要介绍。
2.1材料设备用试剂与仪器设备
2.1.1实验用试剂
实验中所用的主要试剂及其规格和生产厂家如表2.1所示。
表2.1实验用试剂
试剂名称（化学式）纯度生产厂家
聚乙烯吡咯烷酮（PVP）美国Sigma公司
无水乙醇（CH3CH2OH）分析纯天津市红岩化学试剂厂
海藻酸钠美国Sigma公司
电解液诺莱特科技有限公司
锂片天津中能锂业有限公司
隔膜美国Celgard公司、
长沙力元新材料有限公司
泡沫镍LatechScientificSupply
有限责任公司
2.1.2实验用仪器设备
实验中所用的主要仪器设备及其型号和生产厂家如表2.2所示。
表2.2样品制备用主要仪器设备
名称型号生产厂家
电热恒温鼓风干燥箱101-AS北京科伟电子有限公司
电子天平BS210S德国赛多利斯（Sartorius）
分析天平XS105DU德国梅特勒-托利多（Mettler-Toledo）
微量天平XP26德国梅特勒-托利多（Mettler-Toledo）
数控超声波清洗仪KQ5200DB昆山市超声仪器有限公司
真空干燥箱DZ-1BC天津市泰斯特仪器有限公司
2.2材料的表征方法
本论文主要采用了以下材料结构、成分和性质的表征方法。
2.2.1X射线衍射（XRD）
X射线衍射（XRD）技术是一种最常用的测量并分析材料晶体结构的手段。
XRD测试的主要原理是：
当X射线作用于材料时，如果材料是晶体，大部分的X射线会透射晶体，少量的X射线则会产生反射。
一部分的X射线会被晶体吸收。
由于X射线是一种能量较高、波长较短且穿透力较强的电磁波，所以，在晶体内部就会产生一种周期性变化的电磁场，使得原子中的电子也做周期性的振动。
每个振动的电子也就相当于一个新的电磁波发射源，并以球面波的方式发射出与入射的X射线波长、频率和周期都相同的电磁波。
由于晶体中原子散射的电磁波会发生相互干涉，那么，在某些方向上强度就会相应的加强或抵消，这种现象就称为X射线衍射。
图2.1所示是晶体在布拉格散射原理示意图。
材料产生X射线衍射应该满足布拉格公式：
2dsin（θ）=nλ
其中d是晶体的晶面间距，θ是X射线衍射半角，λ是X射线的波长，n是衍射的级数。
因此，根据XRD谱就可以得到材料的相关晶体点阵类型、晶体点阵常数、晶粒结晶取向以及结晶度等的一系列晶体结构信息。
基于XRD谱衍射峰的半高宽，我们还可以利用Debye-Scherrer公式估算出材料内晶粒的平均尺寸。
实验中，我们使用的是RigakuD/Max-rC型X射线衍射仪。
采用CuKα辐射源，波长为1.54Å。
图2.1晶体布拉格散射原理图。
2.2.2拉曼光谱（Raman）
拉曼光谱是一种表面散射光谱。
当频率为vo的一束入射光照射到物体表面时，会有约0.1%的入射光与物体的表面分子之间发生非弹性碰撞，因此，会发生一定的能量交换，设为ΔE，那么在频率为vo-ΔE/h处就可以检测到一些散射信号。
所产生的频率位移被称为拉曼位移。
拉曼位移与入射光的频率无关，只与物体表面分子的振动和转动的能级有关，而每种物质（分子）都会对应有他们自身的特征拉曼光谱。
因此，利用拉曼光谱就可以对物质的结构、成分等进行测量和定性的分析。
图2.2所示是拉曼光谱仪的光路图。
由于拉曼散射比较弱，所以，要求激发光源的强度要高。
测试时一般都会采用激光。
实验中采用的是HORIBAJobin-YvonLabRAMHR800微区拉曼仪，所用激光的波长是325nm和532nm。
图2.2拉曼光谱仪光路图
2.2.3扫描电子显微镜（SEM）
扫描电子显微镜（SEM）技术通过分析细聚焦电子束与物体表面物质相互作用时产生的二次电子和背散射电子，获得样品表面形貌。
SEM的工作原理是：
从电子枪内发出的高能量电子，通过聚光镜及物镜，形成具有一定能量、一定束流强度和束斑直径的微细电子束。
接着，在扫描线圈的驱动下，在样品表面按一定时间和空间顺序作栅网式扫描。
电子束与样品相互作用产生信号电子，包括了二次电子、背散射电子、俄歇电子和X射线等等。
这些信号电子经过探测器收集转换为光子，再通过电信号放大器的放大处理，最终就会成像在显示系统上。
用不同的探测器可以检测出不同的信号电子，能够反映出样品的不同性质。
通常所获得的SEM图片来自二次电子的图像信号。
在配备了能量色散X射线能谱（EDS）仪后，利用SEM还可以对样品中的元素和成分进行分析。
SEM具有可以直接地观察样品原始表面、对于较厚样品可以得到有较高分辨率的最真实形貌、工作距离大和观察样品视场大等特点，因此，在许多研究领域SEM已经得到广泛的应用。
实验中我们采用的是HitachiS-4800场发射扫描电镜。
2.2.4透射电子显微镜（TEM）
透射电子显微镜（TEM）技术的工作原理是：
高能电子束经过加速和聚集后，辐照到所制备的非常薄的样品上。
这时，高能电子就会与样品表面的原子发生碰撞而被改变方向，从而产生立体角散射。
散射角的大小会因为被测样品的密度和厚度的不同而有所改变，因此，可以形成明暗不同的影像。
然后，放大、聚焦后的影像就会在成像器件上显示出来。
TEM可以直接对样品的形貌和结构进行观察，获取比较直观的信息。
TEM的优点是其放大倍数大，分辨率高。
在透射电子显微镜上，还能够对材料进行选区电子衍射（SAED）分析。
与X射线衍射一样，SAED亦遵循布拉格方程。
两者的主要区别在于SAED的电子波较长，受到物质的散射也较强，且得到的单晶电子衍射谱与晶体倒易点阵的二维截面完全相似。
图2.3所示是TEM中的各种电子信号（左图）和电镜对样品微区的分析（右图），利用SAED图样可以计算测量得到的样品在某一选定区域内的颗粒结晶特性、晶体对称性和点阵常数等数据。
试验中，我们采用的是FEITecnaiF30场发射透射电镜。
图2.3TEM中的各种电子信号（左图）和电镜对样品微区的分析（右图）
2.3电池的制备和表征
2.3.1电池的制备和组装
所得材料的电化学性能由CR2032纽扣电池类型测得（如图2.4所示）。
纽扣电池在高纯度氩气填充手套箱（参数为H2O<0.5ppm,O2<0.5ppm,MBraun,Unilab）用锂箔作为计数器和参考电极。
所得到的石墨烯/硅纳米复合薄膜作为工作电极没有任何导电添加剂和粘合剂。
用以个商用的聚丙烯多孔膜作为隔板。
电解液为1MLiPF6溶解在以1：
1体积的一席碳酸脂（EC）和碳酸二乙脂（DEC）的混合溶液。
相比之下，硅的NP工作电极是由硅纳米粒子与特殊的炭化P及海藻酸钠胶的水溶液中以质量比为60:
30:
10的比例，浇上铜箔制备的。
图2.4扣式电池示意图。
恒流放电-电荷性能的测试是在0.02v和2v的多通道电池测试仪（NewareBTS-610）和在室温下用电化学工作站测量的循环伏安（CV）曲线中测量分析的。
为了得到阳极的循环特性，使样品纽扣电池在充电状态下让阳极在乙醇和丙酮侵泡一夜时间，目的是为了洗掉残留下的电解质和其他杂质。
最后，为电极的SEM和TEM测试对其进行蒸馏水清洗。
2.3.2恒电流充放电法测试
通过半电池的充放电测试，可以确定电极的充放电曲线、容量、倍率特性、开路和极化电位等基本电化学性能参数。
实验中，我们利用深圳新威尔电子有限公司生产的BTS-610多通道测试系统，对所制备的扣式电池的恒电流循环性能进行了测试。
其中，充电过程对应电位上升过程，即锂离子从活性材料中脱嵌，相应的容量称为充电（脱锂）容量；放电过程对应电位下降过程，锂离子嵌入活性材料，相应的容量称为放电（嵌锂）容量。
2.3.3循环伏安法测试
循环伏安法（CV）可以测量物质的电化学活性和氧化还原电位，考察电化学反应的可逆性和反应机理，以及对反应速率进行半定量分析等。
循环伏安法测量的是响应电流随电极电位的变化关系。
对所获得的循环伏安曲线进行数据分析，可以得到峰电流、峰电势、反应动力学参数等诸多信息。
采用循环伏安技术能在很短时间内观测到较宽电势范围内未知电极上所发生的反应过程。
在对电极充放电循环的研究中，利用循环伏安曲线中的氧化还原峰可以推测电极在充放电过程中的充放电平台。
利用氧化还原电量（峰面积）的比值，可以判别电极反应的可逆性。
实验中，我们采用两电极体系，对电极和参比电极为金属锂片，在上海辰华公司生产的CHI660C型电化学工作站上进行。
第3章石墨烯/硅纳米复合膜的制备及其电化学性能
3.1石墨烯/硅纳米复合膜的制备
氧化石墨烯（GO）以天然石墨粉作为原料采用改进的Hummers方法合成。
所制备的石墨烯通过声波降解法和蒸馏水形成一个浓度为2.0mgmL-1的悬浮液。
于此，浓度为1.0mgmL-1的硅纳米颗粒（直径约为100nm）的水溶液也同样处理2h。
之后两种悬浮液（mGO:
mSi）均匀混合超声。
得到的混合悬浮液进行真空过滤，然后在冰箱冷冻12h。
得到的样品随后被干燥，在真空干燥12h，在较低的温度下，保持其作为冷冻形状。
复合材料是由样品的过滤膜剥离后，进一步在200ºC的条件下的氩气中烘烤5h。
最后得到了还原氧化石墨烯包覆硅颗粒的薄膜。
图3.1RGO/硅复合材料的合成工艺示意图
图3.1中给出的是，石墨烯和硅纳米颗粒超声悬浮液的混合片状薄膜。
由于石墨烯在水中的溶解度高，有丰富的官能团（如羟基、羧基、羰基还环氧化物）在其表面，所以它能有效的覆盖在硅纳米颗粒周围。
另外，在其表面上有极多的皱纹和锐利的褶皱，可以作为有效的支撑硅纳米粒子优良的建筑骨架并提供大量硅纳米颗粒理想的锚固点。
随后真空干过滤和冷冻干燥后得到的是具有蜂窝状结构的黑色薄膜。
3.2样品的表征特性及分析讨论
我们对所得样品的形貌和结构特征分别进行了扫描电镜显微镜（FE-SEM，HitachiS-4800）、高分辨透射电子显微镜（HR-TEM，FEITecnaiG2F30）和拉曼光谱仪（Jobin-YvonHoribaHR800激光波长为532nm）测试。
采用X衍射技术（XRD，RigakuD/Max-2400Cu-Ka激光，波长为0.15418nm）2θ的范围从5°到90°对样品进行晶体结构的测试。
X射线光电子能谱（XPS）进行了分析使用的是在一个轴的DLD奎托斯AlKa样品束仪器。
热重分析（TGA）在空气中的加热率为5ºCmin-1。
图3.2该类型的RGO/硅纳米复合膜的形貌特征图。
（a）平面弯曲状态。
（b,c,d）SEM图像。
（e）横截面的SEM图像。
（f）氮的等温曲线。
上图代表石墨烯/硅纳米薄膜的光学照片，图3.2a表明获得的样品是自立、灵活的，它弯曲的前后没有明显的破碎。
在低放大倍数的SEM图像（图3.2b）中，该复合材料展示了一个良好多孔结构和千分尺一致的分散度。
从图3.2c中不难发现，石墨烯网络捕获的硅纳米粒子在微孔均匀分布并没有明显的聚集。
从高倍SEM图像（图3.2d）可以看出，石墨包覆硅纳米颗粒的现象非常明显。
图3.2e为横截面的SEM图像，该图展示为一个三维蜂窝样的结构，石墨烯/硅复合膜的厚度约为25µm，表明它可能包含一个大质量载荷活性材料。
该薄膜比曾经报道过石墨烯/硅纳米的锂离子电池的应用薄膜的厚度更薄。
此外，均匀分布的大小为2-4µm的孔直径表明石墨烯/硅纳米薄膜是一个分层的多孔结构。
图3.2f为典型的N2吸附-解吸等温曲线图，该石墨烯/硅纳米薄膜的单位比表面积被估算为215.4m2g-1。
石墨烯/硅纳米薄膜的多孔特性可能有利于电解质和锂离子减小阻力从而增加其扩散性，并且在该材料作为锂离子电池阳极材料时提供了弹性缓冲以缓解电池在充放电过程中纳米硅颗粒的体积变化。
柔性的石墨烯就像硅纳米颗粒的外套一样，可以保持电极材料其结构的完整性和电极的导电性。
图3.3RGO/硅纳米复合材料TEM图像（a，b）和高倍率的TEM图像（c，d）
图3.3是为了进一步说明所得复合材料的形貌特征而测得的样品的SEM图像。
图3.3a可以清楚的看到硅粒子和褶皱的石墨烯
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