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北理工高性能二维介孔硅纳米片负极研究成果在Small成功发表

供稿: 材料学院 摄影: 材料学院 编辑: 付海东
(2018-02-26) 阅读次数:
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  近日,北京理工大学曹传宝教授团队陈卓副教授指导博士生陈松在Small上发表了题为“Scalable Two-dimensional Mesoporous Silicon Nanosheets for High-Performance Lithium Ion Battery Anode”的文章。他们利用低成本的模板法及镁热还原过程,首次在硅材料上实现了二维硅纳米片的宏量制备。通过分子模版剂在二维硅纳米片上引入介孔,使其具有较高的比表面积。作为锂离子电池负极,与商业硅相比,循环性能有明显改善。进一步通过均匀的碳包覆,实现了优异的储锂性能、循环稳定性及倍率性能。基于阻抗谱,扩散动力学分析及SEI膜观察,该性能的显著增强主要归咎于独特的二维介孔结构及碳包覆的协同作用:有效的促进了锂离子的扩散,提高界面电荷转移速率,缓解硅的体积膨胀。

  

图1 纳米片合成示意图及电镜表征结果

(a) 纳米片合成示意图;(b) Si纳米片的SEM;(c) Si纳米片的TEM;(d-e) Si纳米片的HRTEM。

图2 Si/C纳米片的透射电镜及拉曼光谱表征结果

(a) Si/C纳米片的TEM;(b) Si/C纳米片的HRTEM;(c) Si/C纳米片的拉曼光谱图。

图3 硅基负极的电化学性能

(a) Si纳米片前三个循环的CV曲线;(b) Si/C纳米片前三个循环的CV曲线;(c) Si纳米片的恒电流充放电曲线;(d) Si/C纳米片的恒电流充放电曲线;(e) 400 mAg-1下商 业硅颗粒、纯硅纳米片及Si/C纳米片的循环稳定性比较;(f) 不同电流密度下商业硅颗粒、纯硅纳米片及Si/C纳米片的倍率性能比较;(g) 4Ag-1下Si/C纳米片的循环性能。

  该文章成功报道了一种低成本宏量制备二维介孔硅纳米片的方法,同时为了进一步缓解体积改变及提高动力学行为,对其进行碳包覆处理,结构表征及优异的电化学性能证实了该方法的可行性。本研究不仅极大地改善了硅基负极的电化学性能,同时也为开发与设计独特的纳米材料用于各种能源器件提供了新思路。


(审核:张青山)

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