银纳米线-硅碳复合负极材料的制备及电化学性能研究

来源 :西安建筑科技大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:CIA007
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硅基材料由于其高的理论比容量、低的自放电效率、环境友好及自然界储量丰富等特点,被认为是最有前景的锂离子电池负极材料之一。因此,经进一步探索发现,将硅碳进行复合作为锂电负极材料,可以在一定程度上缓解硅的体积膨胀,保证复合材料中碳含量,使得锂电负极有更好的电化学性能。本文以银纳米线(AgNWs)为基础,通过正硅酸乙酯水解-镁热还原及碳层包覆的方法制备了不同结构的银纳米线-硅碳(AgNWs@Si@C)复合锂离子电池负极材料。系统研究了AgNWs@SiO2、AgNWs@Si、AgNWs@Si@C和AgNWs@Si@GO复合负极材料的微观结构、电化学性能和储能性能以及硅含量、碳源种类、制备温度等工艺参数,对复合负极材料电化学的影响规律和机理。此类制备方法不仅操作简单安全且制备的复合材料比容量较高。采用多元醇法制备长径比较好的银纳米线。用乙二醇作为还原剂,通过控制不同温度、不同分子量PVP的含量、FeCl3·6H2O的浓度以及其他盐溶液的含量,合成了长度为20μm,直径为50 nm,长径比超过400的银纳米线。实验表明,当制备温度为160℃,FeCl3·6H2O的浓度为0.225 mM,PVP-1300000:PVP-K-30的质量比为2:1时,合成的银纳米线形貌均匀且长径比大于700。利用正硅酸乙酯(TEOS)对银纳米线进行包覆。通过控制TEOS的量来调节二氧化硅包覆层的厚度。结果表明:当搅拌时间为24 h,氨水的体积为4 mL,TEOS的用量为20μL时,可得到只含少量自生成二氧化硅球且经过长循环比容量最终稳定在130 mAh/g左右的AgNWs@SiO2复合材料。采用镁热还原法直接将AgNWs@SiO2复合材料表面的二氧化硅层还原为硅,制备得到AgNWs@Si。结果表明:镁热还原时,当中温炉中温度为650℃时,制备得到的AgNWs@Si复合材料其循环电化学性能相对较好。此复合材料在0.1C下进行充放电,首次放电比容量约为681.8 mAh/g,经过50次库伦循环后,容量的保持率为20%。采用一锅法将AgNWs@Si复合材料与氧化石墨烯及多巴胺进行物化反应得到AgNWs@Si@C类复合材料,碳层的加入在一定程度上改善了复合材料的循环电化学性能。结果表明:当AgNWs@Si与氧化石墨烯反应质量比为1:1时,AgNWs@Si@GO的首次循环电化学性能最佳,以0.2 C电流密度进行充放电,首次库伦效率值约为95.4%,首次放电比容量值为1384.8 mAh/g,经过60次循环后容量保持率约为72%。而通过多巴胺包覆得到的AgNWs@Si@C复合材料首次放电比容量值为1138.4 mAh/g,经过60次循环比容量为1027.9 mAh/g,其容量保持率为90%。
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