解析膠體模板法制備充電機(jī)充電鋰電池負(fù)極硅的方法
2017-8-9 9:10:27??????點(diǎn)擊：
【引言】
硅基材料由于其具有較高的容量和充電機(jī)充電鋰電池放電電位的優(yōu)點(diǎn)，是作為高能量密度充電機(jī)充電鋰電池最有前景的候選材料。然而，硅在嵌鋰之后會產(chǎn)生巨大的體積膨脹（~300%），從而導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)破壞，形成連續(xù)不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面（SEI），這極大地阻礙了硅基負(fù)極材料在實(shí)際充電機(jī)充電鋰電池中的應(yīng)用。為了解決這些缺點(diǎn)，研究者對具有新型結(jié)構(gòu)的硅基材料進(jìn)行了大量的研究，包括納米結(jié)構(gòu)的硅和硅/碳復(fù)合材料。然而，減小硅顆粒尺寸對性能的改善程度有限，硅表面暴露于電解液中仍會造成較低的庫倫效率和容量衰減。目前，碳包覆納米硅被認(rèn)為是提高硅基負(fù)極電化學(xué)性能的最有效策略之一。一方面，碳?xì)ぬ峁┝梭w積變化的空間；另一方面，碳?xì)け砻嫘纬煞€(wěn)定的SEI膜，有利于庫倫效率的提高和容量的保持。
【成果簡介】
近日，華東理工大學(xué)龍東輝教授和美國加州大學(xué)河濱分校郭居晨教授(共同通訊)以“Colloidal Synthesis of Silicon@Carbon Composite Materials for Lithium-Ion Batteries”為題在Angew. Chem. Int. Ed上發(fā)表文章報道了一種新型碳/硅復(fù)合材料。兩種不同的方法（硬模板法SiNPs@CPS和軟模板法SiNPs@CHD）得到的材料，由于納米硅顆粒在炭載體中的分散形式不同，將其作為充電機(jī)充電鋰電池負(fù)極材料，也表現(xiàn)出不同的性能。結(jié)果表明納米硅顆粒在炭殼層中更均勻的分散，其循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能也更優(yōu)異?；趯?shí)際應(yīng)用的考慮，將其作為添加劑與天然石墨混合，所制備的Si/C負(fù)極可逆容量可達(dá)600 mAh g-1 (3.1 mg cm-2) 和450 mAh g-1 (4.5 mg cm-2)。
【圖文簡介】
一: 硬模板法制備的硅/碳復(fù)合材料SiNPs@CPS的形貌表征
(a) SiNPs@CPS的TEM圖像；
(b) SiNPs@CPS的暗場TEM圖像和EDX元素譜圖。
二：SiNPs@CPS的充電機(jī)充電鋰電池電化學(xué)性能研究
(a) SiNPs@CPS在不同電流密度下的循環(huán)曲線和庫倫效率曲線；
(b) SiNPs@CPS在0.1C電流密度下的充充電機(jī)鋰充電機(jī)充電鋰電池放電曲線。
三：軟模板法制備的硅/碳復(fù)合材料SiNPs@CHD的形貌表征
(a) SiNPs@CHD的TEM圖像；
(b) SiNPs@CHD的暗場TEM圖像和EDX元素譜圖
四：SiNPs@CHD的充電機(jī)充電鋰電池電化學(xué)性能研究
(a) SiNPs@CHD在不同電流密度下的充電機(jī)充電鋰電池循環(huán)曲線和庫倫效率曲線；
(b) SiNPs@CHD在0.1C電流密度下的充充電機(jī)鋰充電機(jī)充電鋰電池放電曲線。
五: SiNPs@CHD作為石墨負(fù)極添加劑的充電機(jī)充電鋰電池電化學(xué)性能研究
(a) SiNPs@CHD在CVD處理之后的SEM圖像；
(b) graphite-SiNPs@CHD電極的橫截面SEM圖片；
(c) graphite-SiNPs@CHD在250 mA g-1和500 mA g-1電流密度下的循環(huán)性能和庫倫效率曲線；
(d) graphite-SiNPs@CHD在250 mA g-1電流密度下的充充電機(jī)鋰充電機(jī)充電鋰電池放電曲線。
【小結(jié)】
該研究利用簡單的模板法成功的制備了具有核殼結(jié)構(gòu)的碳/硅復(fù)合材料。經(jīng)表面修飾過的納米硅顆粒均勻分散于模板劑中，有利于其在在碳?xì)又泻芎玫姆稚ⅰ．?dāng)用為充電機(jī)充電鋰電池負(fù)極材料時，SiNPs@CHD由于具有特殊的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。當(dāng)用作石墨負(fù)極添加劑材料時，也大大提高了電極充電機(jī)鋰充電機(jī)充電鋰電池放電容量。這一工作表明該方法所制備硅基負(fù)極材料，在用作實(shí)際充電機(jī)充電鋰電池負(fù)極材料中表現(xiàn)出極大的實(shí)用前景。
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