锂离子电池硅/碳纳米管/石墨烯自支撑负极材料研究
发布时间：2021-01-24 17:52
通过真空驱动自组装法及蒸汽处理得到结构疏松的硅/碳纳米管/石墨烯自支撑负极材料（Si/CNTs/GP）。纳米硅颗粒（50 nm）为活性物质,均匀分布在石墨烯片层结构中间;石墨烯作为碳基体,通过自组装构筑形成二维导电网络;碳纳米管（CNTs）具有超高导电性和良好的力学强度,它通过吸附作用均匀分布在石墨烯基体上形成导电的支撑网络结构。经过蒸汽处理后,石墨烯层间距明显增大,层与层之间不再是紧密堆叠的结构,而是形成一种疏松、褶皱、内部空隙丰富的片层结构。Si/CNTs/GP负极材料中丰富的内部空穴和贯穿孔洞,提供了材料很高的比表面积,能有效提高电解液对材料的浸润性,极大缩短了离子传输距离。同时这些内部空穴也有效缓冲硅充放电时的体积膨胀,提高了材料的结构稳定性和电化学性能。该负极材料在4 A/g的大电流密度下容量维持在600 mAh/g,表现出良好的大电流循环稳定性能。
【文章来源】：无机材料学报. 2017,32(07)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
Si/CNTs/GP负极材料制备过程中结构变化流程图
别为Si/GP和Si/CNTs/GP材料的质量。采用电化学工作站(AutolabPGSTAT128N)对电池循环伏安曲线(CV)和交流阻抗(EIS)进行测试。CV测试电压为2.0~0.01V(vsLi/Li+),电压扫速为0.1mV/s。EIS测试电压为0.6V,电压幅度为10mV,频率为106~0.01Hz。2结果与讨论2.1氧化石墨烯表面电性调节静电吸附作用对纳米材料微观结构的形态有着关键影响,尤其影响Si和CNTs在石墨烯中的分散均匀性。本研究采用的Si和CNTs表面带有羟基基团,两者在水溶液中呈负电性。因此当GO在水溶液中带正电时,三者间才会存在较强的静电吸附作用。图2为GO和PDDA-GO水溶液在不同pH下的Zeta电位。当pH在0~9之间时,GO水溶液的电位始终在0以下,带负电荷。这是由GO表面的羟基和羧基等官能团的电离引起的。而经过PDDA改性后的GO水溶液呈正电性。PDDA中N+基团与GO中的环氧基团反应,促使其碳环的开环反应,使PDDA中N+基团嵌入GO的碳平面中,因此GO在水溶液中呈正电性[31]。同时PDDA主链上的不饱和C=C键与GO碳环平面之间的π–π作用也会促使图2氧化石墨烯复合PDDA前、后在不同酸碱度下的Zeta电位Fig.2ZetapotentialofGOandPDDA-GOatdifferentpHGO由负电性转为正电性[32]。因此在中性环境下,PDDA-GO与Si、CNTs具有相反电性,会存在较强的静电吸附作用,有利于Si、CNTs在PDDA-GO上均匀附着,得到分散良好的负极材料。2.2石墨烯/硅自支撑材料的物相及形貌分析图3为不同样品的XRD图谱,从图中可以看出:研究采用的Si为晶体结构,具有明显的XRD特征峰。CNTs在2θ=26o和45o左右有两个明显的峰,对应于石墨结构的(002)和(101)晶面。经过复合之后,Si/CNTs/GO同时具有Si、CNTs、GO的特征峰,证明三者被成功复合,且在复合过程中物相没有发生明显变化。经过热还原后
RD图谱,从图中可以看出:研究采用的Si为晶体结构,具有明显的XRD特征峰。CNTs在2θ=26o和45o左右有两个明显的峰,对应于石墨结构的(002)和(101)晶面。经过复合之后,Si/CNTs/GO同时具有Si、CNTs、GO的特征峰,证明三者被成功复合,且在复合过程中物相没有发生明显变化。经过热还原后的Si/CNTs/GP,GO的特征峰完全消失,(002)晶面的特征峰更尖锐更明显,且在2θ=20o~30o之间出现一个明显宽峰,说明GO被还原并具有一定的石墨化结构,但无定形碳的结构依旧存在。Si/GP样品中没有CNTs,因此2θ=26o处的衍射峰为宽峰。图3Si、CNTs、Si/GP、Si/CNTs/GO和Si/CNTs/GP负极材料的XRD图谱Fig.3XRDpatternsofSi,CNTs,Si/GP,Si/CNTs/GO,andSi/CNTs/GPcompositefilm
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池硅基负极材料研究进展[J]. 王洪波,周艳红,陶占良,陈军. 电源技术. 2009(11)
本文编号：2997673
【文章来源】：无机材料学报. 2017,32(07)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
Si/CNTs/GP负极材料制备过程中结构变化流程图
别为Si/GP和Si/CNTs/GP材料的质量。采用电化学工作站(AutolabPGSTAT128N)对电池循环伏安曲线(CV)和交流阻抗(EIS)进行测试。CV测试电压为2.0~0.01V(vsLi/Li+),电压扫速为0.1mV/s。EIS测试电压为0.6V,电压幅度为10mV,频率为106~0.01Hz。2结果与讨论2.1氧化石墨烯表面电性调节静电吸附作用对纳米材料微观结构的形态有着关键影响,尤其影响Si和CNTs在石墨烯中的分散均匀性。本研究采用的Si和CNTs表面带有羟基基团,两者在水溶液中呈负电性。因此当GO在水溶液中带正电时,三者间才会存在较强的静电吸附作用。图2为GO和PDDA-GO水溶液在不同pH下的Zeta电位。当pH在0~9之间时,GO水溶液的电位始终在0以下,带负电荷。这是由GO表面的羟基和羧基等官能团的电离引起的。而经过PDDA改性后的GO水溶液呈正电性。PDDA中N+基团与GO中的环氧基团反应,促使其碳环的开环反应,使PDDA中N+基团嵌入GO的碳平面中,因此GO在水溶液中呈正电性[31]。同时PDDA主链上的不饱和C=C键与GO碳环平面之间的π–π作用也会促使图2氧化石墨烯复合PDDA前、后在不同酸碱度下的Zeta电位Fig.2ZetapotentialofGOandPDDA-GOatdifferentpHGO由负电性转为正电性[32]。因此在中性环境下,PDDA-GO与Si、CNTs具有相反电性,会存在较强的静电吸附作用,有利于Si、CNTs在PDDA-GO上均匀附着,得到分散良好的负极材料。2.2石墨烯/硅自支撑材料的物相及形貌分析图3为不同样品的XRD图谱,从图中可以看出:研究采用的Si为晶体结构,具有明显的XRD特征峰。CNTs在2θ=26o和45o左右有两个明显的峰,对应于石墨结构的(002)和(101)晶面。经过复合之后,Si/CNTs/GO同时具有Si、CNTs、GO的特征峰,证明三者被成功复合,且在复合过程中物相没有发生明显变化。经过热还原后
RD图谱,从图中可以看出:研究采用的Si为晶体结构,具有明显的XRD特征峰。CNTs在2θ=26o和45o左右有两个明显的峰,对应于石墨结构的(002)和(101)晶面。经过复合之后,Si/CNTs/GO同时具有Si、CNTs、GO的特征峰,证明三者被成功复合,且在复合过程中物相没有发生明显变化。经过热还原后的Si/CNTs/GP,GO的特征峰完全消失,(002)晶面的特征峰更尖锐更明显,且在2θ=20o~30o之间出现一个明显宽峰,说明GO被还原并具有一定的石墨化结构,但无定形碳的结构依旧存在。Si/GP样品中没有CNTs,因此2θ=26o处的衍射峰为宽峰。图3Si、CNTs、Si/GP、Si/CNTs/GO和Si/CNTs/GP负极材料的XRD图谱Fig.3XRDpatternsofSi,CNTs,Si/GP,Si/CNTs/GO,andSi/CNTs/GPcompositefilm
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池硅基负极材料研究进展[J]. 王洪波,周艳红,陶占良,陈军. 电源技术. 2009(11)
本文编号：2997673
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