钜大LARGE | 点击量:810次 | 2021年04月21日
胶体模板法如何制备锂离子电池硅碳负极材料??
硅基材料由于其具有较高的容量和低放电电位的优点,是作为高能量密度锂离子电池最有前景的候选材料。然而,硅在嵌锂之后会出现巨大的体积膨胀(~300%),从而导致其结构破坏,形成持续不稳定的固体电解质界面(SEI),这极大地阻碍了硅基负极材料在实际电池中的应用。
为了解决这些缺点,研究者对具有新型结构的硅基材料进行了大量的研究,包括纳米结构的硅和硅/碳复合材料。然而,减小硅颗粒尺寸对性能的改善程度有限,硅表面暴露于电解液中仍会造成较低的库伦效率和容量衰减。
目前,碳包覆纳米硅被认为是提高硅基负极电化学性能的最有效策略之一。一方面,碳壳供应了体积变化的空间;另一方面,碳壳表面形成稳定的SEI膜,有利于库伦效率的提高和容量的保持。
近日,华东理工大学龙东辉教授和美国加州大学河滨分校郭居晨教授(共同通讯)以ColloidalSynthesisof[email protected]CompositeMaterialsforLithium-IonBatteries为题在Angew.Chem.Int.Ed上发表文章报道了一种新型碳/硅复合材料。
两种不同的方法([email protected]@CHD)得到的材料,由于纳米硅颗粒在炭载体中的分散形式不同,将其作为锂离子电池负极材料,也表现出不同的性能。
充电温度:0~45℃
-放电温度:-40~+55℃
-40℃最大放电倍率:1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
结果表明纳米硅颗粒在炭壳层中更均匀的分散,其循环稳定性和倍率性能也更优异。基于实际应用的考虑,将其作为添加剂与天然石墨混合,所制备的Si/C负极可逆容量可达600mAhg-1(3.1mgcm-2)和450mAhg-1(4.5mgcm-2)。
一:[email protected]
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二:[email protected]
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三:[email protected]
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四:[email protected]
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五:[email protected]
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(c)[email protected]mAg-1和500mAg-1电流密度下的循环性能和库伦效率曲线;
(d)[email protected]mAg-1电流密度下的充放电曲线。