硅碳復(fù)合納米材料與二氧化硅納米材料的制備及其儲鋰性能研究.pdf

1、作為鋰離子電池負(fù)極材料，硅基材料具有高的比容量和好的安全性，是當(dāng)前商業(yè)化碳基材料的理想替代材料。其中，硅基納米材料特別是硅碳復(fù)合納米材料和二氧化硅(SiO2)納米材料結(jié)合了納米材料的特性及碳或氧化鋰介質(zhì)的導(dǎo)電和緩沖作用，比純的硅材料和塊體硅基材料具有更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電荷傳輸能力。因此，硅碳復(fù)合納米材料和SiO2納米材料有望表現(xiàn)出高的比容量、好的循環(huán)穩(wěn)定性和高的倍率特性，從而滿足鋰離子動力電池的需求。
　　本論文利用正硅酸四乙酯(

2、TEOS)的水解縮聚過程，結(jié)合模板法、聚偏氟乙烯(PVDF)熱解法、層層自組裝法和鎂熱還原過程，設(shè)計(jì)制備了一系列硅碳復(fù)合納米材料和SiO2納米材料。由于獨(dú)特的組成和結(jié)構(gòu)特性，這些硅碳復(fù)合納米材料和SiO2納米材料均表現(xiàn)出了較好的儲鋰性能，如高的比容量、好的循環(huán)穩(wěn)定性和高的倍率特性。本論文的主要工作如下:
　　(1)我們利用SiO2球作為前驅(qū)體，通過PVDF熱解及隨后的鎂熱還原過程制備出碳包覆多孔硅球（多孔Si@C球）。相較于純的多

3、孔Si球，多孔Si@C球表現(xiàn)出了較好的儲鋰性能。例如，在0.05C（1C=4200mA g-1）的充放電速率下經(jīng)過20次循環(huán)，多孔Si@C球的可逆比容量保持在900.0mA h g-1，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于純的多孔Si球(430.7mA h g-1)。
　　(2)我們利用SiO2球作為前驅(qū)體，通過層層自組裝法及隨后的原位鎂熱還原過程制備出三維石墨烯包覆多孔硅球互連網(wǎng)絡(luò)（三維多孔Si@G互連網(wǎng)絡(luò)）。與純的多孔硅球相比，三維多孔Si@G互連網(wǎng)絡(luò)

4、表現(xiàn)出了較好的循環(huán)性能、較高的比容量和倍率特性。例如，在0.05C的充放電速率下經(jīng)過25次循環(huán)，三維多孔Si@G互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的可逆比容量為1299.6mAh g-1，高于純的多孔Si球(431.5mAh g-1)。
　　(3)我們利用CuO納米帶作為模板，通過TEOS的水解縮聚過程及隨后的去模板過程制備出中空多孔SiO2納米帶。作為鋰離子電池負(fù)極材料，該中空多孔SiO2納米帶表現(xiàn)出了高的可逆容量、優(yōu)越的循環(huán)穩(wěn)定性和高的倍率特性。例如，

5、在0.01-3.0V電壓區(qū)間和100mAg-1的電流密度下，經(jīng)100個循環(huán)后該材料仍具有高達(dá)1012.5mAh g-1的放電比容量;從第2圈到100圈，平均每圈的容量損失僅為0.07％。
　　(4)我們利用ZnO納米棒作為模板，通過TEOS的水解縮聚過程、層層自組裝及隨后的去模板過程，制備出石墨烯包覆SiO2納米管網(wǎng)絡(luò)(SiO2-NT@G網(wǎng)絡(luò))。作為鋰離子電池負(fù)極材料，該SiO2-NT@G網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出了好的儲鋰性能，如高的比容量、優(yōu)