本工作以氧化亞硅（SiO）、瀝青、硝酸鋁和氫化鋰為主要原料,通過層-層包覆和一系列化學(xué)反應(yīng),制備了SiO@C@Al₂O₃和Li-Si-O@C@LiAlO₂的三明治結(jié)構(gòu)的硅碳復(fù)合材料。采用SEM、TEM、XRD和激光粒度分析儀等對制備樣品進(jìn)行了微觀形貌表征和物相結(jié)構(gòu)分析,采用CR2032扣電評估不同材料的可逆比容量、首效和循環(huán)性能,結(jié)果表明,相比于普通SiO@C,改性后的SiO@C@Al₂O₃和Li-Si-O@C@LiAlO₂復(fù)合材料在首效和循環(huán)性能上提升明顯,呈現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。本工作制備方法操作簡單、成本低,適合工業(yè)化生產(chǎn)。 

【文章來源】：儲能科學(xué)與技術(shù). 2020,9(03)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

SiO@C@Al2O3和Li-Si-O@C@LiAlO2制備過程示意圖

圖1 SiO@C@Al2O3和Li-Si-O@C@LiAlO2制備過程示意圖圖2(a)為SiO的SEM圖，SiO顆粒為片狀無定形顆粒，粒度約5μm，分散均勻性好，改性后的SiO@C@Al2O3復(fù)合材料形貌和包覆前SiO相似，為分散均勻的片狀無定形顆粒，粒度相比于包覆前無明顯變化，見圖2(b)。但由圖2(c)粒度分布曲線可知，相比于SiO,SiO@C和SiO@C@Al2O3的粒度分布曲線右移，表明包覆后SiO顆粒粒度增加。各樣品的粒度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1,SiO的D50為5.96μm,D99為11.37μm，和SEM結(jié)果相一致，包碳后的SiO@C的D50增加到7.94μm,D99為21.22μm，粒度的增加歸因于包覆碳層厚度和顆粒間輕微團(tuán)聚。SiO@C@Al2O3和SiO@C粒度分布曲線基本重合，說明兩者粒度相近，SiO@C@Al2O3的D50為8.36μm,D99為20.98μm，粒度和SiO@C基本一樣，說明Al2O3包覆層厚度較薄。進(jìn)一步，為驗(yàn)證Al2O3包覆層厚度，利用HRTEM對SiO@C@Al2O3材料邊緣部分進(jìn)行測試，圖2(d)中Al2O3包覆層清晰可見，Al2O3整體包覆均勻，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，Al2O3包覆層厚度在2.0～4.4 nm，平均厚度約3.46 nm，見圖2(e),Al2O3包覆均勻得益于液相沉積的包覆方式，Al(HO)3前驅(qū)體在SiO@C表面均勻生長，高溫分解后Al2O3包覆層也遺存良好的包覆均勻性。相比于SiO@C，圖2(f)的SiO@C@Al2O3的XRD譜圖出現(xiàn)Al2O3特征峰，再次驗(yàn)證了Al2O3的包覆。

圖1(b)為Li-Si-O@C@LiAlO2復(fù)合材料制備示意圖，將已制備的SiO@C@Al(HO)3和LiH粉末混合均勻，氮?dú)鈿夥障�，高溫�(zé)崽幚�，LiH具有強(qiáng)還原性，分別和表層Al(HO)3反應(yīng)生成LiAlO2，和內(nèi)核SiO反應(yīng)生成Li2Si2O5為主的Li-Si-O基體，得到三明治結(jié)構(gòu)Li-Si-O@C@LiAlO2復(fù)合材料。LiH熱處理溫度對上述反應(yīng)影響明顯，當(dāng)熱處理溫度為800℃，圖3(a)中青色曲線上開始出現(xiàn)LiAlO2特征峰，沒有顯著Li2Si2O5特征峰，說明LiH開始和Al(HO)3發(fā)生反應(yīng)，而內(nèi)核SiO并未反應(yīng)，得到中間產(chǎn)物SiO@C@LiAlO2，進(jìn)一步，當(dāng)反應(yīng)溫度提升到900℃，藍(lán)色曲線中LiAlO2特征峰更加明顯，說明LiH和Al(HO)3的反應(yīng)程度更完全，同時(shí)，在17°和26°附近出現(xiàn)明顯Li2Si2O5特征峰，說明內(nèi)部SiO也已發(fā)生反應(yīng)，生成Li-Si-O@C@LiAlO2復(fù)合材料[7]。提升溫度后，熱處理反應(yīng)動力學(xué)更好，LiH熔點(diǎn)只約680℃左右，800℃下呈熔融狀態(tài)，900℃后開始分解，生成熔融的Li金屬，Li金屬反應(yīng)活性高，先在硅碳材料表面反應(yīng)，隨后緩慢滲入硅碳材料內(nèi)部和SiO繼續(xù)反應(yīng)。如圖3(b)所示，Li-SiO@C@LiAlO2復(fù)合材料的形貌和SiO相比基本沒變，依舊是片狀無定形顆粒，不過，SEM可見少量團(tuán)聚顆粒，可能的原因是硅碳固體顆粒在表面在反應(yīng)后，大小顆粒間出現(xiàn)粘連，形成輕微團(tuán)聚。2.3 電化學(xué)性能分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3013445