通過真空驅(qū)動自組裝法及蒸汽處理得到結(jié)構(gòu)疏松的硅/碳納米管/石墨烯自支撐負(fù)極材料（Si/CNTs/GP）。納米硅顆粒（50 nm）為活性物質(zhì),均勻分布在石墨烯片層結(jié)構(gòu)中間;石墨烯作為碳基體,通過自組裝構(gòu)筑形成二維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò);碳納米管（CNTs）具有超高導(dǎo)電性和良好的力學(xué)強(qiáng)度,它通過吸附作用均勻分布在石墨烯基體上形成導(dǎo)電的支撐網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。經(jīng)過蒸汽處理后,石墨烯層間距明顯增大,層與層之間不再是緊密堆疊的結(jié)構(gòu),而是形成一種疏松、褶皺、內(nèi)部空隙豐富的片層結(jié)構(gòu)。Si/CNTs/GP負(fù)極材料中豐富的內(nèi)部空穴和貫穿孔洞,提供了材料很高的比表面積,能有效提高電解液對材料的浸潤性,極大縮短了離子傳輸距離。同時這些內(nèi)部空穴也有效緩沖硅充放電時的體積膨脹,提高了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能。該負(fù)極材料在4 A/g的大電流密度下容量維持在600 mAh/g,表現(xiàn)出良好的大電流循環(huán)穩(wěn)定性能。 

【文章來源】：無機(jī)材料學(xué)報. 2017,32(07)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

Si/CNTs/GP負(fù)極材料制備過程中結(jié)構(gòu)變化流程圖

別為Si/GP和Si/CNTs/GP材料的質(zhì)量。采用電化學(xué)工作站(AutolabPGSTAT128N)對電池循環(huán)伏安曲線(CV)和交流阻抗(EIS)進(jìn)行測試。CV測試電壓為2.0~0.01V(vsLi/Li+),電壓掃速為0.1mV/s。EIS測試電壓為0.6V,電壓幅度為10mV,頻率為106~0.01Hz。2結(jié)果與討論2.1氧化石墨烯表面電性調(diào)節(jié)靜電吸附作用對納米材料微觀結(jié)構(gòu)的形態(tài)有著關(guān)鍵影響,尤其影響Si和CNTs在石墨烯中的分散均勻性。本研究采用的Si和CNTs表面帶有羥基基團(tuán),兩者在水溶液中呈負(fù)電性。因此當(dāng)GO在水溶液中帶正電時,三者間才會存在較強(qiáng)的靜電吸附作用。圖2為GO和PDDA-GO水溶液在不同pH下的Zeta電位。當(dāng)pH在0~9之間時,GO水溶液的電位始終在0以下,帶負(fù)電荷。這是由GO表面的羥基和羧基等官能團(tuán)的電離引起的。而經(jīng)過PDDA改性后的GO水溶液呈正電性。PDDA中N+基團(tuán)與GO中的環(huán)氧基團(tuán)反應(yīng),促使其碳環(huán)的開環(huán)反應(yīng),使PDDA中N+基團(tuán)嵌入GO的碳平面中,因此GO在水溶液中呈正電性[31]。同時PDDA主鏈上的不飽和C=C鍵與GO碳環(huán)平面之間的π–π作用也會促使圖2氧化石墨烯復(fù)合PDDA前、后在不同酸堿度下的Zeta電位Fig.2ZetapotentialofGOandPDDA-GOatdifferentpHGO由負(fù)電性轉(zhuǎn)為正電性[32]。因此在中性環(huán)境下,PDDA-GO與Si、CNTs具有相反電性,會存在較強(qiáng)的靜電吸附作用,有利于Si、CNTs在PDDA-GO上均勻附著,得到分散良好的負(fù)極材料。2.2石墨烯/硅自支撐材料的物相及形貌分析圖3為不同樣品的XRD圖譜,從圖中可以看出:研究采用的Si為晶體結(jié)構(gòu),具有明顯的XRD特征峰。CNTs在2θ=26o和45o左右有兩個明顯的峰,對應(yīng)于石墨結(jié)構(gòu)的(002)和(101)晶面。經(jīng)過復(fù)合之后,Si/CNTs/GO同時具有Si、CNTs、GO的特征峰,證明三者被成功復(fù)合,且在復(fù)合過程中物相沒有發(fā)生明顯變化。經(jīng)過熱還原后

RD圖譜,從圖中可以看出:研究采用的Si為晶體結(jié)構(gòu),具有明顯的XRD特征峰。CNTs在2θ=26o和45o左右有兩個明顯的峰,對應(yīng)于石墨結(jié)構(gòu)的(002)和(101)晶面。經(jīng)過復(fù)合之后,Si/CNTs/GO同時具有Si、CNTs、GO的特征峰,證明三者被成功復(fù)合,且在復(fù)合過程中物相沒有發(fā)生明顯變化。經(jīng)過熱還原后的Si/CNTs/GP,GO的特征峰完全消失,(002)晶面的特征峰更尖銳更明顯,且在2θ=20o~30o之間出現(xiàn)一個明顯寬峰,說明GO被還原并具有一定的石墨化結(jié)構(gòu),但無定形碳的結(jié)構(gòu)依舊存在。Si/GP樣品中沒有CNTs,因此2θ=26o處的衍射峰為寬峰。圖3Si、CNTs、Si/GP、Si/CNTs/GO和Si/CNTs/GP負(fù)極材料的XRD圖譜Fig.3XRDpatternsofSi,CNTs,Si/GP,Si/CNTs/GO,andSi/CNTs/GPcompositefilm

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋰離子電池硅基負(fù)極材料研究進(jìn)展[J]. 王洪波,周艷紅,陶占良,陳軍.  電源技術(shù). 2009(11)



本文編號：2997673