發(fā)布時間：2021-11-10 15:16

　　采用簡單的超聲、冷凍干燥和熱還原相結合的自組裝方法,設計和構建了納米硅核/間隙/無定形碳殼層/石墨烯（Si/void/C/graphene）三維有序納米復合結構。在該結構中,納米硅核與碳殼層之間的空隙有效避免了硅的巨大體積膨脹對碳層的破壞,大幅度提高了鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性;將Si/void/C納米結構嵌入在石墨烯層與層之間,利用石墨烯卓越的導電性和柔韌性,進一步緩沖了硅材料的體積效應和提高了復合材料的導電性能。該復合材料在4200 m A·h·g^-1（1 C）電流密度下循環(huán)1000次后比容量仍高達1603 m A·h·g^-1;在67 A·g^-1（16 C）的高倍率下,比容量仍有310 m A·h·g^-1,顯示出了在鋰離子電池負極材料領域的巨大應用潛力。 

【文章來源】：化工學報. 2017,68(09)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

制備Si/void/C/graphene納米復合材料的工藝流程示意圖

?b)]表明該材料整體是由大量微米級的三維復合結構組成。單個復合結構的SEM圖[圖2(b)]表明納米硅的表面被包裹一層薄薄的碳層，納米硅和碳層之間有一定的間隙，整個碳包硅的結構被嵌在石墨烯的層與層之間。這表明本文成功制備出具有雙重保護的特殊復合結構。樣品的TEM圖[圖2(c)]進一步證明成功獲得了這種特殊的復合結構，即在碳包裹的納米硅和碳層之間存在間隙，然后整個結構被嵌入石墨烯層和層之間。在Si/void/C納米顆粒嵌入在石墨烯層與層結構之間的三維結構中，石墨烯不但可進一步緩沖硅材料體積效應，而且能提高圖2Si/void/C/graphene復合材料的SEM圖和TEM圖Fig.2SEMandTEMimagesofSi/void/C/graphenenanocomposites

第9期www.hgxb.com.cn·3603·復合材料的導電性，從而能夠大幅度提高硅負極材料在大倍率電流密度下的循環(huán)性能。圖2(d)中納米硅的尺寸分布在50～100nm，可有效緩解大尺寸微米硅的體積效應。在納米硅表面上形成的碳層可以有效避免硅與電解質(zhì)的直接接觸，從而促進形成穩(wěn)定的SEI膜。通過采用氫氟酸清洗去除納米硅表面的SiO2層，在碳和硅之間形成了一定厚度的間隙，這種特殊的空隙結構可以有效緩沖硅在鋰離子電池循環(huán)過程中出現(xiàn)的體積膨脹，提高了電池的循環(huán)穩(wěn)定性。2.2XRD分析圖3為Si/void/C和Si/void/C/graphene復合材料的XRD譜圖。在Si/void/C和Si/void/C/graphene的XRD譜圖中出現(xiàn)的衍射峰與晶格硅的(111)、(220)、(311)峰匹配，峰形尖銳，說明復合材料中的硅具有完美的晶型結構，熱還原過程沒有破壞納米硅的結構[25-28]。在2θ=25°左右出現(xiàn)的寬峰(002)是石墨烯的特征衍射峰[29]。由于復合材料中的無定形碳含量低，所以兩個樣品中均觀察不到無定形碳的衍射峰。2.3XPS分析圖4（a）、（c）表明Si/void/C/grapheneoxide圖3Si/void/C和Si/void/C/graphene樣品的XRD譜圖Fig.3XRDpatternsofSi/void/CandSi/void/C/graphenesamples圖4Si/void/C/grapheneoxide的X射線光電子能譜(a)和C1s分峰譜圖(b)；Si/void/C/graphene的X射線光電子能譜(c)和C1s分峰譜圖(d)（C1s分峰譜圖的峰1、2、3和4分別對應于石墨烯苯環(huán)上的CC/C—C、C—O、CO和COOH）Fig.4XPSspectraofSi/void/C/grapheneoxide(a);C1scurveofSi/void/C/grapheneoxide(b);Si/void/C/graphene,surveyscan(c);andC1scurveofSi/void/C/graphene(d)[Peaks1,2,3,and4correspondtoCC/C—Cinaromaticrings,C—O(epoxyandalkoxy),CO,andCOOHgroups,respectively]


本文編號：3487513