铸造纳米硅包覆碳棒锂离子电池负极材料的研究

摘要

微米尺寸纳米结构Si-C复合材料是一种希望的锂离子电池阳极材料.然而大规模、低成本合成高性能纳米Si面临严峻挑战.报道了低成本规模化合成Al/Na掺杂富含缺陷Si纳米棒方法,这种独特结构Si纳米棒通过精化熔铸快速凝固共晶铝硅合金、酸蚀Al后获得.为进一步提高导电性,采用强粘附力的多巴胺氧化自聚合随形锚固于纳米Si表面、800℃碳化制备Si包覆C(Si@C)复合材料.si@C阳极(涂覆量0.9mg cm-2)展示了2200mAh g-1的可逆容量(100mA g-1时),1000次循环后依然保持700mAh g-t可逆比容量(1000mA g-1时),只具有每次循环0.02％平均衰减率.由于Al2O3固体电解质界面膜(sEI)自发形成以及Si小的比表面积(31m2g-1),si@c具有87％高的首次库伦效率.这种优良的电化学性能来源于快速冷却和Al/Na掺杂在纳米Si中形成大量缺陷(层错、孪晶等),它们可以缓释充放电过程中产生的应力应变,降低Si的粉化.