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高能锂离子电池负极材料新希望——CNTs/Si/C

浏览:12 发表时间:2018-07-30 00:00:00

最近,中国矿业大学、美国佐治亚理工学院、深圳大学以及清华大学深圳研究生院的研究人员合作,通过水热法和镁热法成功合成了三明治结构CNTs/Si/C材料,用于锂离子电池负极,并表现出了优异的电化学性能。相关研究成果以题为“Sandwich-like CNTs/Si/C nanotubes as high performance anode materials for lithium-ion batteries”的文章,发表在国际知名期刊Journal of Materials Chemistry A上。

锂离子电池(http://www.hunanyunbang.com/index.html)因较高的容量和稳定的循环寿命,被认为是满足便携式电子器件、电动及混合动力汽车日益增加的能源需求的电源。负极材料是其中关键的环节,作为主要的负极材料,石墨类负极应用已经非常广泛,但是其容量已经接近理论容量,很难再提升。硅基负极材料具有更高的比容量与能量密度,被认为是最有潜力的下一代锂离子电池负极材料。但是该类负极材料在充放电循环过程中会产生巨大的体积变化,导致电极材料的粉碎和导电网络的崩溃,从而使循环性能急剧衰减。

在该项研究中,研究人员采用硝酸处理过的碳纳米管作为模板,正硅酸乙酯为原料,通过水热法和镁热还原法成功合成了同轴硅涂覆的碳纳米管(CNTs/Si),再进一步碳涂覆得到CNTs/Si/C(http://www.hunanyunbang.com/index.html)三明治复合结构。其中,一维碳纳米管的导电性和优异的力学性能可以的缓解充放电过程中体积变化产生的应力以及改善硅基负极材料的导电性,三明治管状结构增加了电解液与负极材料的接触面积,缩短了锂离子的扩散路径,同时外面的碳层易于与电解液形成稳定的SEI膜。

 

CNTs/Si/C(http://www.hunanyunbang.com/index.html)作为锂离子电池中的负极材料显示出优异的循环性能,在电流密度高达500mAg-1时,1000次循环后仍然可以稳定可逆放电高达1508.5mAhg-1,并且在充放电过程中没有可观察到的结构变化;在较高电流密度下,CNT/Si/C纳米管也显示出理想的循环性能。

测试结果显示,该三明治结构CNT/Si/C材料具有良好的电化学稳定性和安全性能,有望在未来作为锂离子电池负极材料使用。



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