北理工高性能二維介孔硅納米片負極研究成果在Small成功發(fā)表
發(fā)布日期：2018-02-26 供稿：材料學院 攝影：材料學院
編輯：付海東 審核：張青山 閱讀次數(shù)：近日，北京理工大學曹傳寶教授團隊陳卓副教授指導博士生陳松在Small上發(fā)表了題為“Scalable Two－dimensional Mesoporous Silicon Nanosheets for High－Performance Lithium Ion Battery Anode”的文章。他們利用低成本的模板法及鎂熱還原過程，首次在硅材料上實現(xiàn)了二維硅納米片的宏量制備。通過分子模版劑在二維硅納米片上引入介孔，使其具有較高的比表面積。作為鋰離子電池負極，與商業(yè)硅相比，循環(huán)性能有明顯改善。進一步通過均勻的碳包覆，實現(xiàn)了優(yōu)異的儲鋰性能、循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能。基于阻抗譜，擴散動力學分析及SEI膜觀察，該性能的顯著增強主要歸咎于獨特的二維介孔結(jié)構(gòu)及碳包覆的協(xié)同作用：有效的促進了鋰離子的擴散，提高界面電荷轉(zhuǎn)移速率，緩解硅的體積膨脹。
圖1 納米片合成示意圖及電鏡表征結(jié)果
（a） 納米片合成示意圖；（b） Si納米片的SEM；（c） Si納米片的TEM；（d－e） Si納米片的HRTEM。
圖2 Si／C納米片的透射電鏡及拉曼光譜表征結(jié)果
（a） Si/C納米片的TEM；（b） Si/C納米片的HRTEM；（c） Si/C納米片的拉曼光譜圖。
圖3 硅基負極的電化學性能
（a） Si納米片前三個循環(huán)的CV曲線；（b） Si/C納米片前三個循環(huán)的CV曲線；（c） Si納米片的恒電流充放電曲線；（d） Si/C納米片的恒電流充放電曲線；（e） 400 mAg-1下商 業(yè)硅顆粒、純硅納米片及Si/C納米片的循環(huán)穩(wěn)定性比較；（f） 不同電流密度下商業(yè)硅顆粒、純硅納米片及Si/C納米片的倍率性能比較；（g） 4Ag-1下Si/C納米片的循環(huán)性能。
該文章成功報道了一種低成本宏量制備二維介孔硅納米片的方法，同時為了進一步緩解體積改變及提高動力學行為，對其進行碳包覆處理，結(jié)構(gòu)表征及優(yōu)異的電化學性能證實了該方法的可行性。本研究不僅極大地改善了硅基負極的電化學性能，同時也為開發(fā)與設(shè)計獨特的納米材料用于各種能源器件提供了新思路。
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