核壳结构硅碳复合材料的制备及其电化学性能.pdfVIP

新型炭材料 第X 卷 核壳结构硅/碳复合材料的制备及其电化学性能 * * 李硕，马俊，秦显营，李宝华 ，康飞宇 （清华大学深圳研究生院，广东，深圳，518055 ） 摘要：本文提出了一种制备锂离子电池硅/碳复合负极材料的方法，该复合材料 具有独特的核壳结构和良好的电化学性能。使用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) 作为表面活性剂，将纳米硅颗粒在柠檬酸水溶液中均匀分散，通过表面聚合将柠 檬酸聚合到纳米硅颗粒表面，形成柠檬酸包覆层，高温热处理后，柠檬酸炭化分 解，得到碳包覆硅的硅/碳复合材料。硅颗粒表面形成碳壳层，碳壳层互相连接， 形成多孔网络结构碳基体，可有效缓冲纳米硅颗粒在充放电过程中的体积膨胀， 并阻止了电解液与硅界面的直接接触，同时提高了活性物质间的导电性，进而提 高了锂离子电池的循环稳定性。实验数据表明，该核壳结构硅/碳复合材料的首 次放电 （嵌锂）容量为1300mAhg-1，首次可逆容量为687 mAhg-1，40 次循环后 的可逆容量为737mAhg-1，同时该复合材料具有较好的倍率性能。 关键词：锂离子电池；硅/碳复合材料；核壳结构；表面包覆 通讯作者：康飞宇，男，博士，教授. E-mail: fykang@; 李宝华，男， 博士，副研究员. E-mail: libh@. 作者简介：李 硕 （1989- ），男，硕士研究生，E-mail: lishuofu2@163.com Synthesis and Electrochemical Performance of Core-Shell Structure Silicon/Carbon Composite as Anode Material for Lithium-ion Batteries Shuo Li, Jun Ma, Xianying Qin, Baohua Li, Feiyu Kang* （Graduate School at Shenzhen, Tsinghua University, University Town, Shenzhen, Guangdong Province, 518055, China ） Abstract: A novel core-shell structure silicon/carbon (Si/C) composite is studied in this work, which is characterized by unique microstructure and excellent anode performance for lithium ion battery (LIB). The Si nanoparticles (NPs) are homogeneously distributed in citric acid (CA) aqueous solution by using cetyl trimethyl ammonium bromide (CTAB) surfactant. After surface polymerization and heat treatment, Si/C composite is achieved. The surface coated carbon layer prevents Si NPs from agglomerating and exposing to electrolyte directly, and hence improves the cycle performance of the lithium-ion battery. Meanwhile, the interconnected carbon layer results in a porous carbon framework,