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技术丨详解三大硅碳负极包覆结构(4)

2018-07-22 19:02:40 网络整理 阅读:90 评论:0

因此,当碳源有机前驱物中含有F或Cl元素时,有利于获得更稳定的硅碳界面,使材料的电化学性能更为优异。

总之,通过对硅材料进行碳包覆,构建核壳结构,有助于改善材料的循环稳定性。然而,当硅碳核壳结构中的热解碳无空隙地包覆在硅颗粒表面时,由于硅核锂化过程的体积效应太大,会导致整个核壳颗粒膨胀,甚至导致表面碳层发生破裂,复合材料结构坍塌,循环稳定性迅速下降。为解决这一问题,研究者从强化壳层机械性能方面入手,设计出了双壳层结构。

Tao等通过在硅纳米颗粒表面包覆SiO2和热解碳,制备出具有双壳层结构的复合材料(Si@SiO2@C),见图A。与单壳层Si@C相比,Si@SiO2@C具有更高的容量保持率,在0.01~5V电压范围内循环100次后仍具有785mA·h/g的可逆容量。

研究表明,中间层SiO2作为缓冲相,可进一步减小循环过程产生的膨胀应力;同时,SiO2层还可与扩散的Li+发生不可逆反应,生成Si和Li4SiO4合金,进一步保证了材料的可逆容量。

技术丨详解三大硅碳负极包覆结构(4)

1.1.2蛋黄-壳型

蛋黄-壳结构是在核壳结构基础上,通过一定技术手段,在内核与外壳间引入空隙部分,进而形成的一种新型纳米多相复合材料。蛋黄-壳型硅/碳复合材料呈现一种特殊的Si@void@C壳层的构型,不仅具有普通核壳结构的优势,而且它的空腔对于硅体积膨胀有容纳作用,可实现硅核更加自由的膨胀收缩,从而保证材料在充放电过程中整体结构的稳定性,有利于产生稳定的固态电解质(SEI)膜。

Zhou等采用溶胶-凝胶法在硅纳米颗粒表面包覆一层SiO2壳层,以蔗糖为碳源进行热解碳包覆,将SiO2用HF刻蚀后得到蛋黄-壳结构复合材料(Si@void@C),其中活性物质硅的质量分数为28.54%。相比于硅纳米颗粒和空心碳,Si@void@C具有更好的循环稳定性,首次比容量为813.9mA·h/g,循环40次后容量保持在500mA·h/g。

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