上海大学学报(自然科学版) ›› 2020, Vol. 26 ›› Issue (4): 578-585.doi: 10.12066/j.issn.1007-2861.2059
收稿日期:2018-05-08
出版日期:2020-08-30
发布日期:2020-01-31
通讯作者:
吕丽萍
E-mail:liping_lv@shu.edu.cn
基金资助:
CHEN Si, ZHANG Yong, ZHANG Xueqian, LÜ Liping(
)
Received:2018-05-08
Online:2020-08-30
Published:2020-01-31
Contact:
Lü Liping
E-mail:liping_lv@shu.edu.cn
摘要:
近年来,硅基类材料的高理论比容量使其在能源存储尤其锂离子电池电极材料的应用受到了广泛的关注。通过简单的高能球磨法制备了硅碳(Si/C)复合材料,同时对比了采用不同硅碳比例进行球磨后的复合材料的形貌及性能情况。球磨 Si/C 复合材料在作为锂离子电池负极时展现了较好的电化学性能,与碳的复合有效抑制了合金硅材料在充放电过程中由于体积膨胀导致的容量快速衰减,同时,碳硅的混合比例对其电化学性能也起到了较大的影响。通过简单一步球磨方法和调控硅碳比例制备高循环稳定性和高容量的改进方式为硅基类材料在锂离子电池中的实际应用拓展了更大的空间。
中图分类号:
陈思, 张勇, 张雪倩, 吕丽萍. 锂离子电池负极中一步球磨硅碳材料的应用[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2020, 26(4): 578-585.
CHEN Si, ZHANG Yong, ZHANG Xueqian, LÜ Liping. One-step ball-milled silicon/carbon composite as anode in lithium-ion batteries[J]. Journal of Shanghai University(Natural Science Edition), 2020, 26(4): 578-585.
| [1] |
Zhang L, Wu H B, Xu R, et al. Porous Fe$_{2}$O$_{3}$ nanocubes derived from MOFs for highly reversible lithium storage[J]. Cryst Eng Comm, 2013,15(45):9332-9335.
doi: 10.1039/c3ce40996a |
| [2] |
Yang L Y, Li H Z, Liu J, et al. Dual yolk-shell structure of carbon and silica-coated silicon for high performance lithium-ion batteries[J]. Scientific Reports, 2015,5:10908.
doi: 10.1038/srep10908 pmid: 26039972 |
| [3] | Obrovac M N, Christensen L. Structural changes in silicon anodes during lithium insertion/extraction[J]. Electrochem Solid-State Lett, 2004,7(5):93-96. |
| [4] |
Park C M, Kim J H, Hansu K H K, et al. Li-alloy based anode materials for Li secondary batteries[J]. Chemical Society Reviews, 2010,39(8):3115-3141.
doi: 10.1039/b919877f pmid: 20593097 |
| [5] |
Wang Y D, Dahn J R. Comparison of the reactions between Li$_{x}$Si or Li$_{0.81}$C$_{6}$ and nonaqueous solvent or electrolytes at elevated temperature[J]. Journal of the Electrochemical Society, 2006,153(12):A2188-A2191.
doi: 10.1149/1.2354458 |
| [6] |
Xia Y Y, Jun W L, Guo Y G. Silicon-based nanomaterials for lithium-ion batteries[J]. Chin Sci Bull, 2012,57(32):4104-4110.
doi: 10.1007/s11434-012-5017-2 |
| [7] |
Wang Y, Yang L X, Liu Y P, et al. Maskless inverted pyramid texturization of silicon[J]. Scientific Reports, 2015,5:10843.
doi: 10.1038/srep10843 pmid: 26035520 |
| [8] |
Wang W, Favors Z, Ionescu R, et al. Monodisperse porous silicon spheres as anode materials for lithium ion batteries[J]. Scientific Reports, 2015,5:8781.
doi: 10.1038/srep08781 pmid: 25740298 |
| [9] |
Magasinski A, Dixon P, Hertzberg B, et al. High-performance lithium-ion anodes using a hierarchical bottom-up approach[J]. Nature Materials, 2010,9:353-358.
doi: 10.1038/nmat2725 pmid: 20228818 |
| [10] |
Kim H, Seo M, Park M H, et al. A critical size of silicon nano-anodes for lithium rechargeable batteries[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2010,49:2146-2149.
doi: 10.1002/anie.200906287 pmid: 20175170 |
| [11] |
Zhou S, Liu X H, Wang D W. Si/TiSi$_{2}$ heteronanostructures as high-capacity anode material for li ion batteries[J]. Nano Letter, 2010,10(3):860-863.
doi: 10.1021/nl903345f |
| [12] |
Yang S M, Gu Y Y, Qu Q T, et al. Engineered Si@alginate microcapsule-graphite composite electrode for next generation high-performance lithium-ion batteries[J]. Electrochimica Acta, 2018,270:480-489.
doi: 10.1016/j.electacta.2018.03.039 |
| [13] |
Zong L Q, Zhu B, Lu Z D, et al. Nanopurification of silicon from 84% to 99.999% purity with a simple and scalable process[J]. PNAS, 2015,112(44):13473-13477.
doi: 10.1073/pnas.1513012112 pmid: 26483490 |
| [14] |
Li C L, Zhang P, Jiang Z Y. Effect of nano Cu coating on porous Si prepared by acid etching Al-Si alloy powder[J]. Electrochimica Acta, 2015,161:408-412.
doi: 10.1016/j.electacta.2015.02.087 |
| [15] |
Han X, Chen H X, Zhang Z Q, et al. Carbon-coated Si micrometer particles binding to reduced graphene oxide for a stable high-capacity lithium-ion battery anode[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2016,4(45):17757-17763.
doi: 10.1039/C6TA07274G |
| [16] |
Wu M Y, Sabisch J E C, Song X Y, et al. In situ formed Si nanoparticle network with micron-sized Si particles for lithium-ion battery anodes[J]. Nano Letter, 2013,13(11):5397-5402.
doi: 10.1021/nl402953h |
| [17] |
Kamali A R, Kim H K, Kim K B, et al. Large scale green production of ultra-high capacity anode consisting of graphene encapsulated silicon nanoparticles[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2017,5(36):19126-19135.
doi: 10.1039/C7TA04335J |
| [18] |
Jiang Y Z, Wang H K, Li B B, et al. Interfacial engineering of Si/multi-walled carbon nanotube nanocomposites towards enhanced lithium storage performance[J]. Carbon, 2016,107:600-606.
doi: 10.1016/j.carbon.2016.06.068 |
| [1] | 施利毅, 许跃峰. 高比能硅基负极结构调控及界面设计[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2025, 31(5): 797-812. |
| [2] | 武思敏, 胡祖明, 于俊荣, 王彦, 李娜. 锂离子电池用多级ZnO-PMIA纳米纤维隔膜的制备及性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2025, 31(4): 607-621. |
| [3] | 张博畅1, 2, 3, 4, 高化东1, 2, 3, 4, 徐沈鑫5, 鲍垠桦1, 2, 3, 4, 吕浡 1, 2, 3, 4. 任意方向可弯的锂离子电池压印柔性厚电极[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2024, 30(5): 980-988. |
| [4] | 金鸣哲, 王 晨, 王 谈, 傅 婧. 水系锌离子电池电解液添加剂的研究进展[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2023, 29(5): 900-914. |
| [5] | 林明钜, 锁要红, 赖光辉, 肖军文. 快充方式下考虑热辐射效应的锂离子电池热-力耦合分析[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2023, 29(3): 450-. |
| [6] | 朱明原, 刘文博, 李 瑛, 刘 杨, 李文献, 张久俊. ALD 反应沉积超薄 TiO2 改性 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 正极材料及其电化学性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2023, 29(2): 312-. |
| [7] | 胡 瑶, 贡建阳, 尤万里, 刘洪江, 陈国荣, 施利毅, . 原位凝胶体系 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 的制备及其电化学性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2023, 29(2): 302-. |
| [8] | 张豪杰, 胡业旻. Sb$_{\mathbf 2}$O$_{\mathbf 3}$/Sb 锂离子电池负极材料的制备及电化学性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(6): 1047-1055. |
| [9] | 程二波, 王尚岱, 黄守双, 陈大勇, 胡张军, 陈志文. MnO@CoMn$_{\textbf{2}}$O$_{\textbf{4}}$/N-C纳米线复合材料的制备及其作为锂离子电池阳极材料的电化学性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(2): 400-410. |
| [10] | 陈恒桥, 吕丽萍, 吴明红. Co-Mn 金属有机骨架衍生的双金属硫化物及其在锂离子电池负极材料中的应用[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(2): 369-378. |
| [11] | 朱影, 周荻雯, 唐燕, 王浩, 赵攀登, 浦娴娟, 焦正, 程伶俐. SnO$_{\boldsymbol{x}}$S$_{\boldsymbol{y}}$@PANI@rGO 复合材料的制备及其电化学性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(1): 78-85. |
| [12] | 赵攀登, 何永超, 何新华, 冯笑笑, 浦娴娟, 程伶俐, 焦正. 双层壳结构 Co$_{\bf 2.7}\rm {\bf Cu_{0.3}O_{4}}$ 立方体复合材料的制备及锂电性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(1): 117-124. |
| [13] | 朱德伦, 彭雨晴, 白瑞成, 李爱军, 赵添婷, 孙宁霞. 锂离子电池三维多孔硅/银复合材料负极设计及性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(1): 144-153. |
| [14] | 张燕锋, 蔡昌, 谈馨怡, 孙炜伟. 金属有机骨架衍生双金属氧化物的锂离性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(1): 125-132. |
| [15] | 汤旭旭, 杨秦斯, 杨建伟, 孙炜伟. 共价有机骨架衍生的氮掺杂碳/碳纳米管杂化结构的储锂性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2020, 26(6): 972-979. |
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