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纳米硅@碳高性能锂离子电池负极材料

2021-11-09李宗宝

重庆大学学报 2021年10期
关键词:结构

王 霞,王 勇,王 岛,石 维,李宗宝

(1. 铜仁学院 材料与化学工程学院,贵州 铜仁 554300;2. 华南师范大学 华南先进光电子研究院,广州 510006)

锂离子电池具有电压高、能量密度大、库伦效率高、循环寿命长和污染低等优点,被广泛用作各种便携式电子设备以及电动汽车的电源[1-3]。作为锂离子电池负极材料,硅的理论比容量(Li22Si5,4 200 mAhg-1)高出已商业化石墨类材料理论比容量(372 mAhg-1)10倍以上,使其在锂离子电池负极方面有巨大的应用前景[4-5]。然而,纯硅电极存在导电性差和在嵌脱锂过程中结构变化较大、易崩塌等缺点,从而导致首次效率和循环寿命低,限制了其在锂离子电池中的广泛应用[6]。因此,开发新的技术工艺和新型硅基复合材料,尤其是硅碳复合负极材料,用以解决纯硅电极的上述缺陷,有利于大幅提升锂离子电池负极材料的电化学性能。

碳材料因具有良好的导电性能和在嵌脱锂过程中体积变化小的优点,能够很好地弥补纯硅负极材料的上述缺陷,进而提升硅基负极材料的综合储锂性能[7-10]。用无定形碳包覆纳米硅可在硅表面构建碳材料骨架,能够有效缓冲硅在嵌脱锂过程中产生的巨大体积变化,提升硅电极的稳定性进而大幅提升锂离子电池性能[11-15]。Gan等[16]和Zhu等[17]用不同方法制备的核壳结构Si@C复合材料均表现出良好的电化学性能,首次库伦效率分别达到66%和72.1%。同时,碳优异的导电性较好地弥补了硅基电极导电性差的缺陷,有利于提升电极的电化学性能。采用化……

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