高首效长寿命硅碳复合材料的制备及其电化学性能
发布时间：2021-02-01 21:12
本工作以氧化亚硅（SiO）、沥青、硝酸铝和氢化锂为主要原料,通过层-层包覆和一系列化学反应,制备了SiO@C@Al2O3和Li-Si-O@C@LiAlO2的三明治结构的硅碳复合材料。采用SEM、TEM、XRD和激光粒度分析仪等对制备样品进行了微观形貌表征和物相结构分析,采用CR2032扣电评估不同材料的可逆比容量、首效和循环性能,结果表明,相比于普通SiO@C,改性后的SiO@C@Al2O3和Li-Si-O@C@LiAlO2复合材料在首效和循环性能上提升明显,呈现出优异的电化学性能。本工作制备方法操作简单、成本低,适合工业化生产。
【文章来源】：储能科学与技术. 2020,9(03)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
SiO@C@Al2O3和Li-Si-O@C@LiAlO2制备过程示意图
图1 SiO@C@Al2O3和Li-Si-O@C@LiAlO2制备过程示意图图2(a)为SiO的SEM图，SiO颗粒为片状无定形颗粒，粒度约5μm，分散均匀性好，改性后的SiO@C@Al2O3复合材料形貌和包覆前SiO相似，为分散均匀的片状无定形颗粒，粒度相比于包覆前无明显变化，见图2(b)。但由图2(c)粒度分布曲线可知，相比于SiO,SiO@C和SiO@C@Al2O3的粒度分布曲线右移，表明包覆后SiO颗粒粒度增加。各样品的粒度统计结果见表1,SiO的D50为5.96μm,D99为11.37μm，和SEM结果相一致，包碳后的SiO@C的D50增加到7.94μm,D99为21.22μm，粒度的增加归因于包覆碳层厚度和颗粒间轻微团聚。SiO@C@Al2O3和SiO@C粒度分布曲线基本重合，说明两者粒度相近，SiO@C@Al2O3的D50为8.36μm,D99为20.98μm，粒度和SiO@C基本一样，说明Al2O3包覆层厚度较薄。进一步，为验证Al2O3包覆层厚度，利用HRTEM对SiO@C@Al2O3材料边缘部分进行测试，图2(d)中Al2O3包覆层清晰可见，Al2O3整体包覆均匀，经统计，Al2O3包覆层厚度在2.0～4.4 nm，平均厚度约3.46 nm，见图2(e),Al2O3包覆均匀得益于液相沉积的包覆方式，Al(HO)3前驱体在SiO@C表面均匀生长，高温分解后Al2O3包覆层也遗存良好的包覆均匀性。相比于SiO@C，图2(f)的SiO@C@Al2O3的XRD谱图出现Al2O3特征峰，再次验证了Al2O3的包覆。
图1(b)为Li-Si-O@C@LiAlO2复合材料制备示意图，将已制备的SiO@C@Al(HO)3和LiH粉末混合均匀，氮气气氛下，高温热处理，LiH具有强还原性，分别和表层Al(HO)3反应生成LiAlO2，和内核SiO反应生成Li2Si2O5为主的Li-Si-O基体，得到三明治结构Li-Si-O@C@LiAlO2复合材料。LiH热处理温度对上述反应影响明显，当热处理温度为800℃，图3(a)中青色曲线上开始出现LiAlO2特征峰，没有显著Li2Si2O5特征峰，说明LiH开始和Al(HO)3发生反应，而内核SiO并未反应，得到中间产物SiO@C@LiAlO2，进一步，当反应温度提升到900℃，蓝色曲线中LiAlO2特征峰更加明显，说明LiH和Al(HO)3的反应程度更完全，同时，在17°和26°附近出现明显Li2Si2O5特征峰，说明内部SiO也已发生反应，生成Li-Si-O@C@LiAlO2复合材料[7]。提升温度后，热处理反应动力学更好，LiH熔点只约680℃左右，800℃下呈熔融状态，900℃后开始分解，生成熔融的Li金属，Li金属反应活性高，先在硅碳材料表面反应，随后缓慢渗入硅碳材料内部和SiO继续反应。如图3(b)所示，Li-SiO@C@LiAlO2复合材料的形貌和SiO相比基本没变，依旧是片状无定形颗粒，不过，SEM可见少量团聚颗粒，可能的原因是硅碳固体颗粒在表面在反应后，大小颗粒间出现粘连，形成轻微团聚。2.3 电化学性能分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池负极硅碳复合材料的研究进展[J]. 鲁豪祺,林少雄,陈伟伦,刘巧云,罗昱,张五星. 储能科学与技术. 2018(04)
[2]锂离子电池硅碳复合负极材料研究进展[J]. 曹志颖,孙红亮,杨亚洲,孙俊才. 电源技术. 2018(05)
[3]锂离子电池硅碳负极材料研究进展[J]. 沈晓辉,范瑞娟,田占元,张大鹏,曹国林,邵乐. 硅酸盐学报. 2017(10)
[4]锂离子电池高容量硅碳负极材料研究进展[J]. 刘柏男,徐泉,褚赓,陆浩,殷雅侠,罗飞,郑杰允,郭玉国,李泓. 储能科学与技术. 2016(04)
[5]锂离子电池SiOx（0<x≤2）基负极材料[J]. 刘欣,赵海雷,解晶莹,吕鹏鹏,王可,崔佳佳. 化学进展. 2015(04)
本文编号：3013445
【文章来源】：储能科学与技术. 2020,9(03)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
SiO@C@Al2O3和Li-Si-O@C@LiAlO2制备过程示意图
图1 SiO@C@Al2O3和Li-Si-O@C@LiAlO2制备过程示意图图2(a)为SiO的SEM图，SiO颗粒为片状无定形颗粒，粒度约5μm，分散均匀性好，改性后的SiO@C@Al2O3复合材料形貌和包覆前SiO相似，为分散均匀的片状无定形颗粒，粒度相比于包覆前无明显变化，见图2(b)。但由图2(c)粒度分布曲线可知，相比于SiO,SiO@C和SiO@C@Al2O3的粒度分布曲线右移，表明包覆后SiO颗粒粒度增加。各样品的粒度统计结果见表1,SiO的D50为5.96μm,D99为11.37μm，和SEM结果相一致，包碳后的SiO@C的D50增加到7.94μm,D99为21.22μm，粒度的增加归因于包覆碳层厚度和颗粒间轻微团聚。SiO@C@Al2O3和SiO@C粒度分布曲线基本重合，说明两者粒度相近，SiO@C@Al2O3的D50为8.36μm,D99为20.98μm，粒度和SiO@C基本一样，说明Al2O3包覆层厚度较薄。进一步，为验证Al2O3包覆层厚度，利用HRTEM对SiO@C@Al2O3材料边缘部分进行测试，图2(d)中Al2O3包覆层清晰可见，Al2O3整体包覆均匀，经统计，Al2O3包覆层厚度在2.0～4.4 nm，平均厚度约3.46 nm，见图2(e),Al2O3包覆均匀得益于液相沉积的包覆方式，Al(HO)3前驱体在SiO@C表面均匀生长，高温分解后Al2O3包覆层也遗存良好的包覆均匀性。相比于SiO@C，图2(f)的SiO@C@Al2O3的XRD谱图出现Al2O3特征峰，再次验证了Al2O3的包覆。
图1(b)为Li-Si-O@C@LiAlO2复合材料制备示意图，将已制备的SiO@C@Al(HO)3和LiH粉末混合均匀，氮气气氛下，高温热处理，LiH具有强还原性，分别和表层Al(HO)3反应生成LiAlO2，和内核SiO反应生成Li2Si2O5为主的Li-Si-O基体，得到三明治结构Li-Si-O@C@LiAlO2复合材料。LiH热处理温度对上述反应影响明显，当热处理温度为800℃，图3(a)中青色曲线上开始出现LiAlO2特征峰，没有显著Li2Si2O5特征峰，说明LiH开始和Al(HO)3发生反应，而内核SiO并未反应，得到中间产物SiO@C@LiAlO2，进一步，当反应温度提升到900℃，蓝色曲线中LiAlO2特征峰更加明显，说明LiH和Al(HO)3的反应程度更完全，同时，在17°和26°附近出现明显Li2Si2O5特征峰，说明内部SiO也已发生反应，生成Li-Si-O@C@LiAlO2复合材料[7]。提升温度后，热处理反应动力学更好，LiH熔点只约680℃左右，800℃下呈熔融状态，900℃后开始分解，生成熔融的Li金属，Li金属反应活性高，先在硅碳材料表面反应，随后缓慢渗入硅碳材料内部和SiO继续反应。如图3(b)所示，Li-SiO@C@LiAlO2复合材料的形貌和SiO相比基本没变，依旧是片状无定形颗粒，不过，SEM可见少量团聚颗粒，可能的原因是硅碳固体颗粒在表面在反应后，大小颗粒间出现粘连，形成轻微团聚。2.3 电化学性能分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池负极硅碳复合材料的研究进展[J]. 鲁豪祺,林少雄,陈伟伦,刘巧云,罗昱,张五星. 储能科学与技术. 2018(04)
[2]锂离子电池硅碳复合负极材料研究进展[J]. 曹志颖,孙红亮,杨亚洲,孙俊才. 电源技术. 2018(05)
[3]锂离子电池硅碳负极材料研究进展[J]. 沈晓辉,范瑞娟,田占元,张大鹏,曹国林,邵乐. 硅酸盐学报. 2017(10)
[4]锂离子电池高容量硅碳负极材料研究进展[J]. 刘柏男,徐泉,褚赓,陆浩,殷雅侠,罗飞,郑杰允,郭玉国,李泓. 储能科学与技术. 2016(04)
[5]锂离子电池SiOx（0<x≤2）基负极材料[J]. 刘欣,赵海雷,解晶莹,吕鹏鹏,王可,崔佳佳. 化学进展. 2015(04)
本文编号：3013445
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3013445.html
