石墨烯/多孔纳米硅负极的电化学性能
发布时间：2020-12-31 23:11
采用酸浸蚀Al-Si合金的方法制备了多孔纳米Si,并用其制作以石墨烯为导电材料的石墨烯/多孔纳米Si负极.SEM和TEM的分析表明两者混合均匀.作为锂离子电池的负极,该电极在1 mol·L-1Li PF6/EC（碳酸乙烯酯）:DMC（碳酸二甲酯）=1:1（by volume）+1.5%（by mass）VC（碳酸亚乙烯酯）溶液中、0.5 A·g-1电流密度下,第120周循环的放电比容量为1842.6 m Ah·g-1,库仑效率为98.6%.石墨烯的加入不仅提高了电极的导电性,而且减缓了充放电过程中电极多孔纳米结构的衰变.
【文章来源】：电化学. 2015年06期 北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
石墨烯的XRD谱图
，电解液为含有1.5%（bymass）VC的1mol·L-1LiPF6/EC:DMC=1:1（byvolume）溶液（国泰华荣公司，张家港）.恒流充放电测试在LAND测试系统上进行，充放电的电压区间为0.01V~1.5V.文中电极的充电和放电是指Si电极在锂离子电池中的情况，即充电为阴极过程，放电为阳极过程.充放电容量是按活性材料硅的量计算的.使用CHI660电化学工作站测试循环伏安曲线；使用扫描电镜（PhilipXL30）和透射电镜（JEM-2100F）测试材料的微观形貌；使用BrukerD8型X射线衍射仪测定样品的晶体结构.2结果与讨论2.1材料和电极结构图1A、B是石墨烯和多孔硅的透射电镜图.由图1可知，石墨烯呈现出有褶皱的、薄而透明的片状结构.多孔硅则具有由直径约为50nm的树枝状纳米Si组成的多孔结构.BET方法测得多孔Si粉末的比表面积约为102.7m2·g-1.用N2吸附/脱附法测得，纳米孔的孔径主要分布在15.5nm和66nm两处.XRD测定表明，多孔硅具有很好的硅晶体结构[10].石墨烯的XRD谱图见图2，在2θ=26°处有1个较弱的衍射峰，这是石墨（002）晶面的特征峰，说明在石墨烯中还存在少量排列比较整齐的多层结构.图3A、B分别是石墨烯/多孔纳米Si复合物的SEM和TEM照片.可以看出，结构中石墨烯片均匀地分散在多孔纳米Si颗粒间，有些卷曲的石墨烯片还包裹着小尺寸的纳米Si颗粒，这种结构有利于电极导电性的提高和电极反应的均匀进行.图4A、B分别是多孔Si极片表面和断面的SEM形貌照片.可以看出，经过烘干、热滚压等制备程序的处理，电极中的石墨烯和多孔Si颗粒仍能混合均匀，紧密地结合在一起.2.2电化学性能以石墨烯作导电材料的多孔纳米Si电极的循环伏安曲线如图5所示.在首次电位负向扫描过程中，在电位1.4V处出现了第1个还原电流峰，对应于VC在
第6期李纯莉等：石墨烯/多孔纳米硅负极的电化学性能图2石墨烯的XRD谱图Fig.2XRDpatternofgraphene图3石墨烯硅/多孔纳米Si复合物的SEM（A）和TEM照片（B）Fig.3SEM(A)andTEM(B)imagesofgraphene/porousnano-Sicomposite混合制作多孔硅电极.粘结胶的成分是SBR（苯乙烯-丁二烯橡胶）+CMC（羟甲基纤维素钠）的水溶胶（1:1，bymass）.电极的组分配比是多孔硅:石墨烯:粘结剂=7:2:1.把调和均匀的电极膏涂在铜箔上，在80oC真空下烘干备用.研究电极的直径为14mm，极片上的多孔Si负载量约为1.1mg·cm-2.最后经80oC真空干燥8h后，在氩气手套箱（Su-per1220/750，Mikrouna）中组装成扣式电池（CR2016）.电池中的对电极为金属锂片，隔膜为Celgard2300膜，电解液为含有1.5%（bymass）VC的1mol·L-1LiPF6/EC:DMC=1:1（byvolume）溶液（国泰华荣公司，张家港）.恒流充放电测试在LAND测试系统上进行，充放电的电压区间为0.01V~1.5V.文中电极的充电和放电是指Si电极在锂离子电池中的情况，即充电为阴极过程，放电为阳极过程.充放电容量是按活性材料硅的量计算的.使用CHI660电化学工作站测试循环伏安曲线；使用扫描电镜（PhilipXL30）和透射电镜（JEM-2100F）测试材料的微观形貌；使用BrukerD8型X射线衍射仪测定样品的晶体结构.2结果与讨论2.1材料和电极结构图1A、B是石墨烯和多孔硅的透射电镜图.由图1可知，石墨烯呈现出有褶皱的、薄而透明的片状结构.多孔硅则具有由直径约为50nm的树枝状纳米Si组成的多孔结构.BET方法测得多孔Si粉末的比表面积约为102.7m2·g-1.用N2吸附/脱附法测得，纳米孔的孔径主要分布在15.5nm和66nm两处.XRD测定表明，多孔硅具有很好的硅晶体结构[10].石墨烯的XRD谱图见?
本文编号：2950477
【文章来源】：电化学. 2015年06期 北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
石墨烯的XRD谱图
，电解液为含有1.5%（bymass）VC的1mol·L-1LiPF6/EC:DMC=1:1（byvolume）溶液（国泰华荣公司，张家港）.恒流充放电测试在LAND测试系统上进行，充放电的电压区间为0.01V~1.5V.文中电极的充电和放电是指Si电极在锂离子电池中的情况，即充电为阴极过程，放电为阳极过程.充放电容量是按活性材料硅的量计算的.使用CHI660电化学工作站测试循环伏安曲线；使用扫描电镜（PhilipXL30）和透射电镜（JEM-2100F）测试材料的微观形貌；使用BrukerD8型X射线衍射仪测定样品的晶体结构.2结果与讨论2.1材料和电极结构图1A、B是石墨烯和多孔硅的透射电镜图.由图1可知，石墨烯呈现出有褶皱的、薄而透明的片状结构.多孔硅则具有由直径约为50nm的树枝状纳米Si组成的多孔结构.BET方法测得多孔Si粉末的比表面积约为102.7m2·g-1.用N2吸附/脱附法测得，纳米孔的孔径主要分布在15.5nm和66nm两处.XRD测定表明，多孔硅具有很好的硅晶体结构[10].石墨烯的XRD谱图见图2，在2θ=26°处有1个较弱的衍射峰，这是石墨（002）晶面的特征峰，说明在石墨烯中还存在少量排列比较整齐的多层结构.图3A、B分别是石墨烯/多孔纳米Si复合物的SEM和TEM照片.可以看出，结构中石墨烯片均匀地分散在多孔纳米Si颗粒间，有些卷曲的石墨烯片还包裹着小尺寸的纳米Si颗粒，这种结构有利于电极导电性的提高和电极反应的均匀进行.图4A、B分别是多孔Si极片表面和断面的SEM形貌照片.可以看出，经过烘干、热滚压等制备程序的处理，电极中的石墨烯和多孔Si颗粒仍能混合均匀，紧密地结合在一起.2.2电化学性能以石墨烯作导电材料的多孔纳米Si电极的循环伏安曲线如图5所示.在首次电位负向扫描过程中，在电位1.4V处出现了第1个还原电流峰，对应于VC在
第6期李纯莉等：石墨烯/多孔纳米硅负极的电化学性能图2石墨烯的XRD谱图Fig.2XRDpatternofgraphene图3石墨烯硅/多孔纳米Si复合物的SEM（A）和TEM照片（B）Fig.3SEM(A)andTEM(B)imagesofgraphene/porousnano-Sicomposite混合制作多孔硅电极.粘结胶的成分是SBR（苯乙烯-丁二烯橡胶）+CMC（羟甲基纤维素钠）的水溶胶（1:1，bymass）.电极的组分配比是多孔硅:石墨烯:粘结剂=7:2:1.把调和均匀的电极膏涂在铜箔上，在80oC真空下烘干备用.研究电极的直径为14mm，极片上的多孔Si负载量约为1.1mg·cm-2.最后经80oC真空干燥8h后，在氩气手套箱（Su-per1220/750，Mikrouna）中组装成扣式电池（CR2016）.电池中的对电极为金属锂片，隔膜为Celgard2300膜，电解液为含有1.5%（bymass）VC的1mol·L-1LiPF6/EC:DMC=1:1（byvolume）溶液（国泰华荣公司，张家港）.恒流充放电测试在LAND测试系统上进行，充放电的电压区间为0.01V~1.5V.文中电极的充电和放电是指Si电极在锂离子电池中的情况，即充电为阴极过程，放电为阳极过程.充放电容量是按活性材料硅的量计算的.使用CHI660电化学工作站测试循环伏安曲线；使用扫描电镜（PhilipXL30）和透射电镜（JEM-2100F）测试材料的微观形貌；使用BrukerD8型X射线衍射仪测定样品的晶体结构.2结果与讨论2.1材料和电极结构图1A、B是石墨烯和多孔硅的透射电镜图.由图1可知，石墨烯呈现出有褶皱的、薄而透明的片状结构.多孔硅则具有由直径约为50nm的树枝状纳米Si组成的多孔结构.BET方法测得多孔Si粉末的比表面积约为102.7m2·g-1.用N2吸附/脱附法测得，纳米孔的孔径主要分布在15.5nm和66nm两处.XRD测定表明，多孔硅具有很好的硅晶体结构[10].石墨烯的XRD谱图见?
本文编号：2950477
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