以石墨烯和納米硅顆粒為起始原料,苯胺為單體,植酸為摻雜劑,過硫酸銨為氧化劑（引發(fā)劑）,通過超聲波的作用成功原位合成了具有三明治納米結(jié)構(gòu)的Si/RGO@PANI鋰離子電池負(fù)極材料。石墨烯片層與導(dǎo)電聚苯胺與納米硅顆粒構(gòu)成的夾心結(jié)構(gòu)可形成有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),且具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,能夠有效緩解硅在嵌鋰/脫鋰過程中產(chǎn)生的巨大體積效應(yīng),表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能和倍率性能。電化學(xué)性能測試表明,這種Si/RGO@PANI三明治納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料適合作為一種優(yōu)良的鋰離子電池負(fù)極材料。 

【文章來源】：無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2017,33(03)北大核心SCICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

Si/RGO@PANI三明治結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料的制備過程示意圖

烯的引入依次減弱。1329和1581cm-1附近出現(xiàn)的Raman峰分別對(duì)應(yīng)石墨片層的D峰和G峰[19]。從圖中可知，Si/RGO@PANI三明治納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建使D峰和G峰的半峰寬寬化，并分裂成幾個(gè)弱峰。此外，D峰和G峰的強(qiáng)度比(ID/IG)，也由原來RGO的0.89變?yōu)镾i/RGO@PANI三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的1.04。D峰和G峰的寬化和強(qiáng)度反轉(zhuǎn)表明，聚苯胺包覆的納米硅顆粒增大了石墨烯的缺陷和不規(guī)則性[20]。這是由于在超聲波和氧化條件下，石墨烯被氧化，并通過大量的官能團(tuán)與聚苯胺緊密鍵合形成堅(jiān)固的Si/RGO@PANI三明治納米結(jié)構(gòu)。圖2Si、RGO、Si@PANI復(fù)合材料和Si/RGO@PANI三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的XRD圖(a)和Raman光譜(b)Fig.2X-raydiffractionpatterns(a)andRamanspectra(b)ofSi,RGO,Si@PANInanocompositeandSi/RGO@PANIsandwich-likenanocomposite圖3為Si、RGO和Si/RGO@PANI三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的FE-SEM圖片和TEM圖片。納米Si粒徑約80nm(圖3a)，從圖3d可以看出該納米Si顆粒為晶體結(jié)構(gòu)，與其XRD圖一致。圖3b和3e的RGO為雹透明而卷曲的片層狀態(tài)，這是石墨烯材料的典型特征，其二維的片層結(jié)構(gòu)需要通過彎曲來維持其熱力學(xué)穩(wěn)定性[21]。圖3c和3f顯示了Si/RGO@PANI的三明治納米結(jié)構(gòu)�？梢钥吹剑{米Si顆粒很好地鑲嵌在石墨烯片層之間，說明本實(shí)驗(yàn)成功地制備出Si/RGO@PANI的三明治納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。2.2材料的電化學(xué)測試結(jié)果及分析圖4為Si/RGO@PANI三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在電流密度為160mA·g-1的首次、第2次、第30次及第50次的充放電曲線和dQ/dV曲線。圖中首次放電曲線出現(xiàn)了2個(gè)平臺(tái)，在0.96V附近平臺(tái)代表固體-電解質(zhì)膜(SEI)的生成[22]，在接下來的放電曲線中379

，首次庫侖效率(ICE)為58.6%，表現(xiàn)出較高的容量。首次不可逆容量的損失是由于納米Si顆粒表面生成SEI膜造成的，此外，實(shí)驗(yàn)中形成的聚苯胺和RGO原料中含有大量的活性基團(tuán)，也會(huì)大量消耗電解液中的Li，導(dǎo)致首次庫侖效率偏低，這和Wang等的研究結(jié)果一致[10]。在經(jīng)過前幾次循環(huán)后，隨著Si納米顆粒的活化和SEI膜的穩(wěn)定，Si/RGO@PANI三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的充放電效率幾乎達(dá)到100%，經(jīng)過50次循環(huán)以后，容量幾乎沒有衰減。從圖5a中還可看出，在前幾次循環(huán)中，Si/RGO@PANI三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和Si@PANI復(fù)合材料的電化學(xué)性能圖3Si(a)、RGO(b)和Si/RGO@PANI三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料(c)的FE-SEM照片；Si(d)、RGO(e)和Si/RGO@PANI三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料(f)的TEM照片F(xiàn)ig.3FE-SEMimagesofSi(a),RGO(b)andSi/RGO@PANIsandwich-likenanocomposite(c);TEMimagesofSi(d),RGO(e)andSi/RGO@PANIsandwich-likenanocomposite(f)圖4Si/RGO@PANI納米復(fù)合材料在電流密度為160mA·g-1的充放電曲線(a)和dQ/dV曲線(b)Fig.4Charge-dischargeprofilesofSi/RGO@PANIsandwich-likenanocomposite(a)anddQ/dVprofilesofSi/RGO@PANInanocompositeatcurrentdensityof160mA·g-1(b)380

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]中空分級(jí)結(jié)構(gòu)Fe3O4@C/rGO復(fù)合材料的合成及其儲(chǔ)鋰性能[J]. 田海,鐘艷君,吳振國,孔行健,楊秀山,郭孝東,王辛龍,鐘本和.  無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2020(07)
[2]鋰離子電池負(fù)極硅-熱解碳-石墨復(fù)合材料的制備及性能（英文）[J]. 楊學(xué)兵,張林偉.  無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2019(03)
[3]柔性自支撐PDDA-Si/G納米復(fù)合薄膜的制備及儲(chǔ)鋰性能[J]. 張亞婷,張凱博,賈凱麗,賀新福,劉國陽,王偉,張永玲,邱介山.  化工學(xué)報(bào). 2019(03)
[4]鎂熱還原氣相法白炭黑制備納米硅及其電化學(xué)性能[J]. 王文廣,許笑目,李斌,任曉,郭玉忠,黃瑞安.  無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2018(12)
[5]硅納米粒子聚苯胺包覆改性及其嵌/脫鋰電化學(xué)性能[J]. 楊昱霖,高銘,梁靜爽,董星龍,曹國忠.  無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2017(12)

博士論文
[1]硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備及含硅全電池衰減行為研究[D]. 潘慶瑞.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018

碩士論文
[1]納米碳導(dǎo)電劑改善硅基負(fù)極材料性能的研究[D]. 李婷婷.江西理工大學(xué) 2020
[2]多孔硅/碳復(fù)合負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D]. 陳煜.江西理工大學(xué) 2020
[3]NASICON型磷酸鈦鈉的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其儲(chǔ)鋰性能研究[D]. 姜臻.華北理工大學(xué) 2020
[4]鋰離子電池硅基負(fù)極材料的改性及其性能研究[D]. 范慧林.太原科技大學(xué) 2019
[5]橄欖石型LiMPO4/C（M=Fe、Mn）正極材料的制備及性能研究[D]. 朱廣雙.河南師范大學(xué) 2018
[6]幾種三元金屬氧化物的形貌設(shè)計(jì)及電化學(xué)性能研究[D]. 任娜.中北大學(xué) 2018



本文編號(hào)：3586540