北理工高性能二維介孔硅納米片負(fù)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(xué)院攝影：材料學(xué)院

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　　近日，北京理工大學(xué)曹傳寶教授團(tuán)隊(duì)陳卓副教授指導(dǎo)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(guò)程，首次在硅材料上實(shí)現(xiàn)了二維硅納米片的宏量制備。通過(guò)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(fù)極，與商業(yè)硅相比，循環(huán)性能有明顯改善。進(jìn)一步通過(guò)均勻的碳包覆，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的儲(chǔ)鋰性能、循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能。基于阻抗譜，擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)分析及SEI膜觀察，該性能的顯著增強(qiáng)主要?dú)w咎于獨(dú)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(jìn)了鋰離子的擴(kuò)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(fù)極的電化學(xué)性能

（a） Si納米片前三個(gè)循環(huán)的CV曲線(xiàn)；（b） Si/C納米片前三個(gè)循環(huán)的CV曲線(xiàn)；（c） Si納米片的恒電流充放電曲線(xiàn)；（d） Si/C納米片的恒電流充放電曲線(xiàn)；（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(bào)道了一種低成本宏量制備二維介孔硅納米片的方法，同時(shí)為了進(jìn)一步緩解體積改變及提高動(dòng)力學(xué)行為，對(duì)其進(jìn)行碳包覆處理，結(jié)構(gòu)表征及優(yōu)異的電化學(xué)性能證實(shí)了該方法的可行性。本研究不僅極大地改善了硅基負(fù)極的電化學(xué)性能，同時(shí)也為開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)獨(dú)特的納米材料用于各種能源器件提供了新思路。

北理工高性能二維介孔硅納米片負(fù)極研究成果在Small成功發(fā)表

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