具有微米纤维碳的硅/石墨/碳复合材料的制备及在锂离子电池中的应用

以沥青为软碳原料,商业石墨的载体材料,通过高温热解法成功合成了硅/石墨/碳复合材料,同时原位生成了微米尺度的碳纤维.该硅/石墨/碳复合材料具有诸多优点,石墨片层堆叠之间的空隙为硅的体积膨胀提供了有效的空间,沥青热解碳材料的包覆能一定程度抑制硅基材料的体积效应和提高其电子电导率,同时微米级的碳纤维能提高材料的长程导电性和结构稳定性,从而极大的改善负极材料循环性能.通过电化学测试表明,硅/石墨/碳复合材料中硅/石墨/碳复合负极材料在200 mA·g-1电流密度下具有650 mA·h·g-1的可逆容量,在200 mA·g-1电流密度下经过500圈循环后容量保持率为92.8%,每圈的容量衰减率仅为0.014%,展现了优异的循环性能.      

一维硅纳米线研究进展

一维纳米结构材料主要以硅纳米线以及硅纳米管为主，而硅纳米线作为一维硅纳米材料的典型代表，不仅具有半导体所有特殊性质，还展现出不同于普通硅材料的场发射、热导率及可见光致发光等物理性质，在众多热门方面如纳米电子器件、光电子器件，尤其是新能源领域-作为锂离子电池(LIBs)的负极材料目前引起世界的广泛关注，因为其一维几何形状适应了循环过程中硅的大体积变化，并能在所有操作阶段易于电子传递，因此具有巨大的潜在应用价值，成为当今世界科学研究领域的热点和前沿。然而纳米线的大规模可控制备依然是个难题。本文介绍了一维硅纳米线结构的制备、合成方法以及作为硅负极电化学性能的研究进展，并对储锂性能提升机制进行了探讨。     

钴-铁双金属有机骨架衍生的硅/碳复合材料的制备及其电化学性能

硅拥有理论比容量高、锂化电压低和资源丰富的突出优势,是最具潜力的负极材料之一。然而,其巨大的体积变化导致的性能快速衰减和高成本的复杂合成工艺,仍是阻碍其工业化应用的关键。因此,我们通过将纳米硅嵌入到钴-铁双金属有机骨架(MOFs)中,制备得到多孔硅基复合材料(Si@CoFe/NC)。该结构兼具MOFs衍生材料的高导电性和独特的多孔特性,能有效的减缓充放电过程中电极的体积效应,因而展现出优异的电化学性能。所制备材料具有高达832 mAhg~(-1)(1Ag~(-1))的初始可逆比容量,且经过100次循环后,比容量依然维持在598mAhg-1。这项研究工作提出了一种简单的方法来制备具有优异电化学性能的硅基复合材料,在锂离子电池负极中具有较大的应用潜力。     

部分炭化策略制备Si@C材料及其储锂性能研究

硅因其具有较高的理论比容量(约为3 579 mAh/g,Li₁₅Si₄)而成为最具吸引力的负极材料。为了解决硅材料高达300%的体积膨胀和导电性差等问题,以聚丙烯酸(PAA)、蚕茧提取物丝素蛋白和纳米硅(Si NPs)为原料,通过简单的部分炭化,一步法制备了Si@C_AS电极材料,并系统研究了聚丙烯酸(A)/丝素蛋白(S)的比例和炭化温度对Si@C_AS复合材料电化学性能的影响。结果表明：当聚丙烯酸与丝素蛋白的质量比为1∶1,炭化温度为450℃时,所制备的Si@C_AS负极的电化学性能较优,远超Si@C_A和Si@C_S负极材料的电化学性能。Si@C_AS负极材料可在0.5 A/g电流密度下循环200圈后比容量可达1 404.2 mAh/g。同时,该材料展现出了优异的倍率性能,在4 A/g电流密度下比容量仍可达1 452.8 mAh/g。     

锂离子电池硅基负极用聚合物粘结剂的研究进展

<正>负极材料比容量的提升是锂离子电池能量密度提高的决定性因素,具有高比容量的硅基负极材料(理论比容量为4200 m Ah·g~(-1))是获得高能量密度锂离子电池的关键材料之一。然而,在嵌/脱锂过程中巨大的体积变化是限制硅材料应用的主要因素。作为维持电极结构的主要成分,聚合物粘结剂的选择也至关重要。开发具有新的结构和性能的聚合物粘结剂,来满足硅基负极材料的使用要求,可以有效提高硅基负极在循环过程中电极结构的稳定性,因此成为当前研究的热点。本文梳理了用于硅基负极聚合物粘结剂的发展脉络,分别总结了聚乙烯类聚合物、多糖类聚合物、聚酰亚胺类共聚物和导电聚合物4类聚合物粘结剂的结构和性能特点,以及4类聚合物粘结剂用于硅基负极时对材料性能的改善。在此基础上,提出了用于硅基负极的聚合物粘结剂应具备的结构和性能特点,为硅基负极聚合物粘结剂的设计和选择提供一种思路。     

锂离子电池硅/碳负极材料的制备与应用

对锂离子电池中硅/碳负极材料的纳米结构、掺杂改性以及三元复合等制备工艺及其电化学性能、相关机理进行了总结。通过研究不同改性方法对硅/碳负极材料电化学性能的影响,以找到较为优异的改性路径。经过对比发现,通过采用纳米结构、原子掺杂以及三元复合的方法均可显著提升硅/碳负极材料的电化学性能。最后对硅/碳负极材料发展现状进行了简要分析,并对其研究前景进行了展望。     

锂离子电池负极材料研究概述

锂离子电池已经在新能源动力电池、便携式电子设备及储能领域广泛使用。商业化锂电池大多采用锂过渡金属氧化物/石墨体系作为正负极,由于电池材料本身的理论储锂容量较低,限制了锂电池向高比能量、长使用寿命方向的发展。对于当前成熟的石墨类碳负极材料,其嵌锂能力基本已被充分发挥,难以实现这一目标。本文介绍了应用于锂离子电池负极的相关材料和研究进展,并就作为下一代锂离子电池理想负极材料-硅负极进行了展望。     

锂离子电池负极材料PSi@GO的制备及其电化学性能

具有高能量密度的硅材料是锂离子电池负极的优选材料之一。但是,低电导率和在充放电过程中伴随的巨大体积变化而导致循环过程中容量迅速衰减,阻碍了硅材料商业化。本文以商业化的铝硅合金为硅源,通过冷冻干燥方法将氧化石墨烯（GO）包覆在其表面,制备了微米级的多孔硅（PSi）与GO的复合材料PSi@GO。该复合材料核层多孔硅内部丰富的孔隙提供充足的空间以适应硅的体积变化,外层的氧化石墨烯可以加速离子和电子传输,并再次缓冲硅的体积变化,从而可以有效地改善硅负极的循环稳定性和倍率性能。研究结果表明,电流密度为500mA/g时,PSi@GO-2（PSi与GO质量比为10∶5）复合电极材料循环100次后,比容量仍可达到1 275 mAh/g;在电流密度为4 A/g时,该复合材料也可达到980 mAh/g的高比容量。该PSi@GO-2复合材料显示了优异的倍率性能,具有良好的应用前景。      

凹凸棒制备Si@C复合材料及其用于锂离子电池负极材料的电化学性能

硅因其超高的理论比容量而被视为最具潜力的下一代锂离子电池（LIBs）负极材料。目前，硅负极材料的高成本和极其苛刻的合成条件严重阻碍了其在LIBs中的使用。以天然凹凸棒为原料，通过水热法提纯和镁热还原反应制备了硅纳米颗粒（MRR Si），并进一步采用化学气相沉积法以乙炔为碳源制备了MRR Si@C复合材料，系统研究了其作为LIBs负极材料的储锂性能。研究结果表明:通过镁热还原制备的硅纳米在0.2 A/g的电流密度下可展现出2 362 mAh/g的比容量，首次库伦效率（CE）为71.87%，100次（0.5 A/g）循环充放电测试后比容量为909 mAh/g。相比之下，在MRR Si纳米颗粒表面沉积碳层后制备的MRR Si@C复合材料可展现出2 494 mAh/g的放电容量和78.92 %的高CE值。循环性能显示，该复合材料在0.5 A/g的电流密度下充/放电100次后的比容量值可达到1 324mAh/g。同时，该复合材料还可在5 A/g的大电流密度下依然可展现出高达844 mAh/g的高比容量。该MRR Si@C复合材料显示了优异的倍率性能和良好的应用前景。      

硅纳米线制备方法研究进展

硅纳米线是重要的半导体一维纳米材料,伴随着硅作为下一代锂离子电池理想负极以及作为半导体材料在光电化学领域的研究热潮,实现硅纳米线高效、低成本、可控制备成为研究的重点。本文介绍了现阶段硅纳米线制备的主流技术及相关研究进展。     

锂离子电池中高容量Si-Cu/C复合负极材料的制备与性能研究

采用高能球磨方法制备了用作锂离子电池负极材料的Si—Cu／C复合材料。X射线衍射和扫描电子显微镜结果表明，复合材料中Si和Cu5Si是共存的，活性硅颗粒均匀地分散在石墨和惰性的铜硅合金基体中。电化学测试在电流密度0．2mA·cm^-2，电压范围0—1．4V条件下进行，其结果表明高分散Si—Cu／C复合材料首次可逆容量为524mAh·g^-1，远高于目前普遍使用的中间相碳微球；循环寿命也远优于同粒度的硅单体，经过30次循环后容量仍保持531mAh·g^-1。其高比容量和良好的循环性能表明：高分散Si—Cu／C复合材料有望替代碳成为锂离子电池负极材料。     

硅钛负极储锂过程交流阻抗分析

为研究钛含量对硅钛负极电化学储锂反应动力学过程的影响,通过交流阻抗分析法测试了硅钛摩尔比分别为50和25时,硅钛负极在200mA/g电流密度下充放电100圈后的电阻值。结果表明,降低硅在复合材料中的含量有利于减少SEI(Solid Electrolyte Interphase,固体电解质膜)的生成量、降低电荷转移电阻值。当硅钛摩尔比为25时,负极具有更好的电极反应动力学过程,电荷转移阻抗从初始阶段142Ω增加至212Ω。     

锂离子电池用硅基负极人造固体—电解质界面膜研究进展

综述了近几年锂离子电池用硅基负极人造固体-电解质界面膜(SEI)方面的研究进展,梳理了氧化物基、聚合物基和固态电解质基共三种类型人造SEI膜的研究现状,并对硅基负极人造SEI膜的研究方向与应用前景进行了展望。     

铁氧化物锂离子电池负极材料研究进展

铁氧化物锂离子电池负极材料具有比容量高、资源丰富、价格便宜和环境友好等优势,是目前高容量负极材料的研究热点之一.然而,铁氧化物负极材料巨大的体积效应、较差的循环性能以及大的首次可逆容量损失,影响了其在锂离子电池中的应用.目前研究最多的铁氧化物负极材料是α-Fe_2O_3和Fe_3O_4,理论容量分别为1 007 mA·h·g~(-1)和924 mA·h·g~(-1).关于其电化学性能的改进方法,包括制备不同形貌与尺寸的纳米结构材料以及铁氧化物/碳纳米复合材料.介绍了铁氧化物锂离子电池负极材料的储锂机理及其存在的问题,综述了各类铁氧化物负极材料的制备方法、影响因素及电化学性能,并对铁氧化物负极材料的进一步研究、发展应用予以展望.     

钛含量对硅钛复合物储锂容量的影响

为研究钛含量对硅钛复合材料储锂性能的影响,将钛质量百分数含量分别为3.3%、6.4%和8%的硅钛复合物组装成锂离子电池负极并测试其电化学储锂能力。结果表明,钛的加入未改变活性物质硅的嵌/脱锂反应电位,但对负极的储锂能力影响显著。随着钛含量的增加,硅钛复合物的首次嵌锂比容量降低,首次库伦效率增大,当钛含量为8%时,负极的储锂能力最佳:首次嵌锂比容量为2107.02 mAh/g,首次库伦效率为89.95%,经过经50圈循环后,容量保持率高达80.72%,平均衰减率仅有0.38%/圈。     

氮化钒/纳米硅/碳复合微球的制备及其储锂性能

硅(Si)因拥有高的比容量,资源丰富等优势有望成为下一代高性能锂离子电池负极材料,但其导电性差和循环过程中体积膨胀严重等缺陷限制了其进一步应用。采用喷雾干燥法,以玉米淀粉、纳米硅和NH₄VO₃作为原料,经碳化与氮化后获得氮化钒/纳米硅/碳复合微球(Si@VN/C)。氮化钒的引入提供了电子/离子快速传输通道,提高了纳米硅的导电率,并使纳米硅保持了良好的结构稳定性。碳层将作为纳米硅颗粒的保护层,避免纳米硅与电解液直接接触,有效缓解纳米硅充放电后的体积膨胀。Si@VN/C展现出良好的循环性能,在0.2 A·g^-1电流密度下循环130圈后容量为818 mAh·g^-1,在0.5 A·g^-1高电流密度下循环300圈后可逆容量仍保持580.5 mAh·g^-1。     

喷射成形硅铝电子封装材料的电镀及钎焊性能

喷射成形高硅铝合金材料因具有低热膨胀系数、高热导率和低密度等特性,而成为一种具有广阔应用前景的新型电子封装材料。然而,喷射成形硅铝系合金中硅含量很高,其焊接性能较差。采用镀金、钎焊的方法研究了喷射成形硅铝合金材料的电镀及焊接性能;用扫描电镜对镀层及钎焊层形貌进行观察,用能谱仪对镀层及焊接层进行成分线扫描分析。结果表明,喷射成形硅铝合金材料易于电镀,电镀后镀层致密、均匀,与基体之间结合良好;焊接之前对喷射成形硅铝合金进行电镀可改善其与焊料之间的润湿性,材料焊接性能得以显著改善,可满足电子技术行业对封装材料的焊接工艺性能要求。     

硅铜复合物电化学储锂性能分析

以Cu_3Si/Si复合物为锂离子电池负极材料,研究Cu_3Si组分对活性物质Si的电化学储锂性能的影响。结果表明,Cu_3Si并无储锂能力,但能够提升活性物质Si的循环和倍率性能。在200mA/g充放电流密度下,负极首次嵌锂比容量为1 345mAh/g,首次库伦效率为88.37%,经过100次循环后,材料的可逆比容量为698.7mAh/g。Cu_3Si/Si负极在200、500、1 000mA/g电流密度下比容量分别为1 346.22、754.33和564.78mAh/g。当电流密度重新回到200mA/g时,可逆比容量仍高达1 030.58mAh/g,体现出了良好的倍率性能。     

高介电常数栅介质的性能及与硅衬底间的界面稳定性

二氧化硅由于具有良好的绝缘性能及稳定的硅／二氧化硅界面而长期用于硅集成电路的制备。然而对于纳米线宽的集成电路，需要寻找新的高介电常数（高k）的栅极介质材料代替二氧化硅，以保持一定的物理厚度和优良的耐压及漏电性能。这些栅极候选材料必须有较高的介电常数，合适的禁带宽度，高质量的表面形貌和热稳定性并与硅衬底间有良好界面。此外，其制备加工技术最好能与现行的硅集成电路工艺相兼容。本文从固体物理和材料科学理论出发，阐述选择高k栅介质材料的基本原则，介绍目前研究的材料体系、制备方法、材料性能以及界面稳定性，并展望了这些高k栅介质材料的应用前景。     

硅锰渣在建筑材料领域的应用现状和发展方向

硅锰渣是冶炼硅锰合金产生的最多的废渣。随着科技的不断进步，硅锰渣的利用由胶凝材料向高附加值产品方向发展。通过对硅锰渣的矿物学特征进行描述，综述了利用硅锰渣制备矿棉、微晶玻璃、水泥、混凝土掺合料、透水砖等材料的研究现状、应用及性能评价，同时也对其应用前景进行了展望。“新一步法”制备矿棉既可以实现硅锰渣的高附加值利用，又符合国家的节能环保政策，是硅锰渣资源化利用的一种发展趋势。