硅/碳纳米管复合负极材料的制备及其电化学性能研究

来源 :沈阳理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:sw
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本文从缓冲硅的体积膨胀,提高材料的导电率,以及提高硅材料的电化学性能的角度出发,在硅中掺杂高导电性的碳材料,采用三种方法制备了Si/SWNT复合负极材料,通过SEM、TEM、XRD、XPS、拉曼光谱等技术手段对负极材料进行表征,通过性能测试评价了硅基负极材料电化学性能。主要研究成果如下:(1)采用静电诱导自组装技术和膜转移的方法制备了三维网络Si/SWNT复合负极材料。研究结果表明:在Si/SWNT负极材料中,纳米硅球被封装在碳纳米管形成的错综复杂的三维碳基导电网络中。该导电网络既可以作为一个“缓冲骨架”,又提供了一个快速的电子传输通道,确保了材料具有良好的循环稳定性和倍率性能。通过恒流充放电测试,在电流密度为400mA·g-1的条件下,50次循环后,电池的容量高达941mAh·g-1;当电流密度增大到1600mA·g-1时,制备的复合材料容量仍能达到740mAh·g-1,当电流密度再次回到200mA·g-1时,比容量能够达到950mAh·g-1,显示了良好的倍率性能。(2)采用真空抽滤法制备层状结构的Si/SWNT复合负极材料。研究结果表明:复合材料中硅含量为50%;层数越多,材料电化学性能越好。Si/SWNT复合负极材料中的硅层夹在两碳纳米管层中间,有效的束缚了硅在充放电过程中的体积膨胀。在电流密度为200mA·g-1的条件下,50次循环后层数较多的Si/SWNT-2样品的比容量为330mAh·g-1,层数较少的Si/SWNT-1样品的比容量为217mAh·g-1。当电流密度增大到1600mA·g-1时,制备的Si/SWNT-2复合材料的比容量为160mAh·g-1,当电流密度再次回到200mA·g-1时,比容量为295mAh·g-1。(3)采用离子液体电沉积的方法制备Si/SWNT复合负极材料,通过研究发现离子液体电沉积硅为无定型硅。作为锂离子电池负极材料时,无定型硅与晶体硅相比,体积膨胀小,循环性能更好。通过控制电沉积硅的时间发现电沉积时间越长得到无定型硅含量增加。
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