基于缓冲结构设计改善锂离子电池硅基负极材料电化学性能的研ç©?/p>
硅具有高于石å¢?/p>
10
倍的比容量且储量丰富
,
最有可能替代石墨成为下一代锂离子电池
负极材料。然è€?/p>
,
硅在循环过程中巨大的体积变化会造成颗粒粉化和固体电解质界面膜的é‡?/p>
复形æˆ?/p>
,
严重影响了其循环寿命
;
此外
,
硅的导电性较å·?/p>
,
影响了其倍率性能ã€?/p>
本论文针对硅锂化过程中体积膨胀大的问题
,
设计了不同缓冲结构以提高硅基负极æ�?/p>
料的结构与界面稳定æ€?/p>
,
并通过合成方法的优化实现硅基负极材料的可控制备。具体研究内
容如ä¸?/p>
:1
、设计并制备石墨烯卷包裹纳米硅复合纤ç»?/p>
(nSi@rGS)
�/p>
利用柔性石墨烯卷同步于纳米硅膨胀
/
收缩的特点缓冲硅的体积膨胀
,
维持材料结构ä¸?/p>
界面稳定ã€?/p>
利用静电吸附将纳米硅与氧化石墨烯结合
,
通过隔离冷冻使氧化石墨烯卷曲
,
将纳
米硅包裹于氧化石墨烯卷层é—?/p>
,
经过高温热还原得åˆ?/p>
nSi@rGS
�/p>
�/p>
4Ag-1
的电流密度下
,nSi@rGS
的可逆比容量ä¸?/p>
1200 mAh-1,
循环
200
周后容量
保持率高è¾?/p>
99.2%,
并且åœ?/p>
8 A
·
g-1
的电流密度下
,
仍具æœ?/p>
1000 mAh g-1
的可逆比容量ã€?/p>
其优异电化学性能与其结构紧密相关
:
纳米硅均匀分散在石墨烯卷层é—?/p>
,
避免了纳米硅的脱
�/p>
,
因而提高了比容é‡?/p>
;
石墨烯卷可同步于纳米硅的膨胀收缩
,
缓冲硅的体积膨胀并始终保æŒ?/p>
与纳米硅紧密接触
,
维持材料结构稳定
,
因而提高了循环稳定æ€?/p>
;
石墨烯卷的高导电性及两端
和边缘开口结构促进电子和锂离子的快速传è¾?/p>
,
因而提高了倍率性能ã€?/p>
2
、设计并制备氧化钛包覆多孔中空硅球复合材æ–?/p>
(MHSi@TiO2-x)
。抑制硅的向外膨
胀
,
并为硅的向内膨胀预留缓冲空间
,
维持材料结构与界面稳定ã€?/p>
先利用镁热还原中空二氧化硅球得到多孔中空硅球
,
再经过钛酸四丁酯水解包覆以及