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优化碳质涂层以消除高性能硅阳极的电化学界面极化

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新型炭材料 2022年第1期37卷 245-258页

作者：齐志燕戴丽琴王哲帆谢莉婧陈景鹏成家瑶宋歌李晓明孙国华陈成猛中国科学院山西煤炭化学研究所中国科学院炭材料重点实验室山西太原030001 中国科学院大学北京100049 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049

有序碳和无序碳都普遍被用作硅(Si)的复合材料。但是具有不同结晶度和孔结构的碳对硅基负极电化学性能的影响仍存在争议。本工作在严格控制碳含量和表面官能团的基础上,选择沥青(Pitch)和酚醛树脂(PR)作为有序碳和无序碳的前驱体,制备... 详细信息

有序碳和无序碳都普遍被用作硅(Si)的复合材料。但是具有不同结晶度和孔结构的碳对硅基负极电化学性能的影响仍存在争议。本工作在严格控制碳含量和表面官能团的基础上,选择沥青(Pitch)和酚醛树脂(PR)作为有序碳和无序碳的前驱体,制备了硅碳复合材料(Si@C)并系统地研究了其电化学行为。有序的晶体结构有利于复合物中的电子传输,中孔和大孔有利于锂离子的扩散。具有有序结构和小孔容的碳质涂层为Si的膨胀提供了很好的缓冲,电极在50次循环后仍保持结构完整性。然而,无序和多孔的结构降低了结构的稳定性并产生了很大的极化,这使得循环过程中体积不断膨胀,导致电化学性能较差。Si@C-Pitch在5 A g^(−1)下的容量是Si@C-PR的8倍,在0.5 A g^(−1)下100次循环后的容量保持率是Si@C-PR的1.9倍。该研究可为Si@C负极中炭材料的选择提供了理论指导。

关键词：硅碳复合物晶体结构孔结构失效机制极化

等离子体辅助球磨Si-C复合负极材料及其电化学性能研究

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电化学 2014年第1期20卷 51-55页

作者：陈宇龙胡仁宗刘辉孙威朱敏华南理工大学材料科学与工程学院先进储能材料广东省重点实验室广东广州510641

首次采用介质阻挡放电等离子体辅助高能两次球磨制得Si-C复合材料,其结构为微纳尺度硅颗粒均匀分散于微米级碳基体上.Si-C复合电极首周期循环放电容量为1259 mAh·g-1,20和100周期循环的容量分别为474和396 mAh·g-1.该电极充放电曲线... 详细信息

首次采用介质阻挡放电等离子体辅助高能两次球磨制得Si-C复合材料,其结构为微纳尺度硅颗粒均匀分散于微米级碳基体上.Si-C复合电极首周期循环放电容量为1259 mAh·g-1,20和100周期循环的容量分别为474和396 mAh·g-1.该电极充放电曲线和交流阻抗测试的结果表明,复合材料中的硅和碳均参与锂离子嵌/脱反应,且其电荷传导阻抗明显低于纯Si.

关键词：锂离子电池负极硅碳复合物放电等离子体高能球磨

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利用累托石制备片状多孔硅碳负极材料

电子元件与材料 2018年第1期37卷 40-44页

作者：铁肖永闫昶宇周玲梁春艳宰建陶湖北国土资源职业学院湖北武汉430090 上海电化学能源器件工程技术研究中心上海交通大学化学化工学院上海200240

累托石是由二八面体的云母层与蒙托石层交替堆叠而成(1:1)的规则间层黏土矿物,是我国特有的矿种。目前的累托石开发中存在产品价廉、附加值低等问题,如应用于建筑材料等。与此同时,锂电池工业的快速发展亟需开发高容量的硅基负极材料。... 详细信息

累托石是由二八面体的云母层与蒙托石层交替堆叠而成(1:1)的规则间层黏土矿物,是我国特有的矿种。目前的累托石开发中存在产品价廉、附加值低等问题,如应用于建筑材料等。与此同时,锂电池工业的快速发展亟需开发高容量的硅基负极材料。本文利用累托石特殊的层状结构和Si-Al交替分布的特征,采用镁热技术实现了从累托石到片状多孔硅的转化。通过碳包覆制备的硅碳复合材料可逆容量可达1300 m Ah·g^(–1),同时具有良好的循环稳定性和倍率特性。证实利用累托石制备高性能硅基锂电池负极材料是可行的,为累托石的高值化综合利用提供候选途径。

关键词：累托石硅碳复合物负极材料镁热还原锂电池负极

稻壳基新型硅碳负极材料的制备及其电化学性能研究

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稻壳基新型硅碳负极材料的制备及其电化学性能研究

作者：张涵翔吉林大学

学位级别：硕士

为了解决目前存在的能源危机,开发新型能源储存装置变得愈发重要。可充电电池在日常生活中显得越来越重要,并且也被逐渐应用在电动汽车、航空航天、医疗等领域。锂离子电池作为成功商业化的可充电电池,具有众多优异性能:高循环寿命、比... 详细信息

为了解决目前存在的能源危机,开发新型能源储存装置变得愈发重要。可充电电池在日常生活中显得越来越重要,并且也被逐渐应用在电动汽车、航空航天、医疗等领域。锂离子电池作为成功商业化的可充电电池,具有众多优异性能:高循环寿命、比能量高、工作电压高、无污染、安全性能好。锂离子电池负极材料是电池组成中关键的一环,其研究进展决定了锂离子电池的发展前景。石墨是传统的负极材料,并已成功商业化,并取得了不错的效果,但是较低的理论比容量(372 mAh g)和较差的倍率性能也限制锂离子电池的进一步应用。目前新型的负极材料多种多样,包括金属氧化物、硅基材料等。其中硅由于其丰富的储量和极高的理论比容量(4200 mAh g)受到了广泛关注。本文中,我们采用稻壳同时作为硅源和碳源,利用简单的碳化和镁热还原反应,制备出了硅碳复合材料。与传统的实验方法相比,本实验并不需要额外的复合步骤,也不需要额外的硅源前驱体,只需对稻壳进行相关实验处理,便可得到硅碳复合材料,简化了实验步骤,并表现出了优异的电化学性能。在本文中,主要研究内容与结论如下:(1)以稻壳为原料,经过简单的水洗和酸洗得到干净的稻壳后,进行高温碳化处理,得到镁热还原反应前驱体——碳和二氧化硅复合物。最后经过镁热还原反应后,将得到的产物分别用盐酸和氢氟酸浸泡洗净后,得到最终硅碳复合物。在本文中,我们研究了碳化温度(450,550,650,750℃)和镁热还原反应温度(600,700,800℃)对电极材料性能的影响,经过微观表征和电化学性能测试,我们最终选择碳化温度550℃,镁热还原反应温度700℃作为最佳反应条件。在100 mA g的电流密度下,首圈放电比容量为1256.1 mAh g,100圈后可逆比容量保持在556.1mAh g。(2)为了进一步提高硅碳材料的电化学性能,我们对稻壳进行活化处理后,再重复相关的(1)操作,最终得到多孔硅碳材料。本文比较了不同活化剂(氯化锌、氯化钙、碳酸钾)和不用活化比例(1:1,1:2,1:3)对材料结构和性能的影响。最终确定了以氯化锌为活化剂,1:2(RH:ZnCl=1:2)的活化比例对稻壳进行预处理。材料在经过活化后,比表面积达到了539.442 m g,与(1)中的硅碳材料(198.792 m g)相比,比表面积得到大幅提升。与此同时,为了提高电化学稳定性,我们选择将石墨烯与得到的多孔硅碳材料进一步复合,最终获得了硅碳石墨烯复合电极材料。经电化学测试,在100 mA g的电流密度下,材料首圈放电比容量高达1684.9 mAh g,经过80圈循环后,可逆比容量稳定在764.8 mAh g。与(1)中的未经活化的稻壳基硅碳负极相比,材料的可逆比容量有了较为明显的改善。在1 A g的大电流密度下,材料仍然具有317.5 mAh g的可逆比容量。

关键词：锂离子电池稻壳硅碳复合物镁热还原多孔硅碳材料

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锂离子电池硅碳复合负极材料的研究进展

辽宁化工 2017年第11期46卷 1125-1127页

作者：赵海鹏李珊珊河南城建学院河南平顶山467036 郑州大学河南郑州10459

锂离子电池发展至今,因其优异的性能,已成为新能源领域发展中的宠儿,大容量高倍率特性是目前该电池最重要的研究方向。具有高比容量和较低电压平台的硅成功的吸引了人们的眼球,有望成为下一代锂离子电池的主要负极材料。根据近十多年来... 详细信息

锂离子电池发展至今,因其优异的性能,已成为新能源领域发展中的宠儿,大容量高倍率特性是目前该电池最重要的研究方向。具有高比容量和较低电压平台的硅成功的吸引了人们的眼球,有望成为下一代锂离子电池的主要负极材料。根据近十多年来锂离子电池硅碳复合负极材料的研究成果,本文讨论了硅碳复合材料的制备方法,综述了国内外该材料的研究进展,系统地总结了目前硅碳材料改性的优势和不足,建议了今后应努力的方向和硅碳负极材料发展趋势。

关键词：锂离子电池负极材料硅碳复合物研究进展

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乳化-凝胶化法制备硅碳复合负极材料

乳化-凝胶化法制备硅碳复合负极材料