發(fā)布時(shí)間：2021-11-10 15:16

　　采用簡(jiǎn)單的超聲、冷凍干燥和熱還原相結(jié)合的自組裝方法,設(shè)計(jì)和構(gòu)建了納米硅核/間隙/無定形碳?xì)?石墨烯（Si/void/C/graphene）三維有序納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中,納米硅核與碳?xì)又g的空隙有效避免了硅的巨大體積膨脹對(duì)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(jié)構(gòu)嵌入在石墨烯層與層之間,利用石墨烯卓越的導(dǎo)電性和柔韌性,進(jìn)一步緩沖了硅材料的體積效應(yīng)和提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性能。該復(fù)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(dá)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(fù)極材料領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。 

【文章來源】：化工學(xué)報(bào). 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(fù)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(jí)的三維復(fù)合結(jié)構(gòu)組成。單個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)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(gè)碳包硅的結(jié)構(gòu)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(hù)的特殊復(fù)合結(jié)構(gòu)。樣品的TEM圖[圖2(c)]進(jìn)一步證明成功獲得了這種特殊的復(fù)合結(jié)構(gòu)，即在碳包裹的納米硅和碳層之間存在間隙，然后整個(gè)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)之間的三維結(jié)構(gòu)中，石墨烯不但可進(jìn)一步緩沖硅材料體積效應(yīng)，而且能提高圖2Si/void/C/graphene復(fù)合材料的SEM圖和TEM圖Fig.2SEMandTEMimagesofSi/void/C/graphenenanocomposites

第9期www.hgxb.com.cn·3603·復(fù)合材料的導(dǎo)電性，從而能夠大幅度提高硅負(fù)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(yīng)。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(jìn)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(jié)構(gòu)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(fù)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(fù)合材料中的硅具有完美的晶型結(jié)構(gòu)，熱還原過程沒有破壞納米硅的結(jié)構(gòu)[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(fù)合材料中的無定形碳含量低，所以兩個(gè)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(duì)應(yīng)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(hào)：3487513