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

摘要

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2362 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2494 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1324mAh/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。