硅基資料作為鋰離子電池負(fù)極具有容量高、來(lái)歷廣泛以及環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，有望替代現(xiàn)在使用廣泛的石墨負(fù)極變成下一代鋰離子電池的首要負(fù)極資料。這篇文章從資料挑選、構(gòu)造規(guī)劃以及電極優(yōu)化方面簡(jiǎn)要介紹了硅/碳復(fù)合資料的最新研討進(jìn)展，并對(duì)將來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

跟著年代的需要飛速發(fā)展，鋰離子電池的能量密度以每年7%~10%的速率進(jìn)步。2016年，我國(guó)發(fā)布了動(dòng)力電池能量密度硬性指標(biāo)，依據(jù)《節(jié)能與新能源汽車(chē)技能路線圖》，2020年純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的能量密度方針為350W˙h/kg。

為滿意新一代能源需要，開(kāi)發(fā)新式鋰電負(fù)極技能火燒眉毛。

硅在常溫下可與鋰合金化，生成Li15Si4相，理論比容量高達(dá)3572mA˙h/g，遠(yuǎn)高于商業(yè)化石墨理論比容量(372mA˙h/g)，在地殼元素中儲(chǔ)量豐富(26.4%，第2位)，成本低、環(huán)境友好，因而硅負(fù)極資料一直備受科研人員關(guān)注，是最具潛力的下一代鋰離子電池負(fù)極資料之一。

但是，硅在充放電進(jìn)程中存在嚴(yán)峻的體積脹大(~300%)，巨大的體積效應(yīng)及較低的電導(dǎo)率約束了硅負(fù)極技能的商業(yè)化使用。為戰(zhàn)勝這些缺點(diǎn)，研討者進(jìn)行了很多的測(cè)驗(yàn)，選用復(fù)合化技能，使用“緩沖骨架”賠償資料脹大。

過(guò)針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

點(diǎn)擊詳情

碳質(zhì)負(fù)極資料在充放電進(jìn)程中體積改變較小，具有較好的循環(huán)安穩(wěn)功能，并且碳質(zhì)負(fù)極資料自身是離子與電子的混合導(dǎo)體；別的，硅與碳化學(xué)性質(zhì)相近，二者能緊密聯(lián)系，因而碳常用作與硅復(fù)合的首選基質(zhì)。

在Si/C復(fù)合系統(tǒng)中，Si顆粒作為活性物質(zhì)，供給儲(chǔ)鋰容量；C既能緩沖充放電進(jìn)程中硅負(fù)極的體積改變，又能改進(jìn)Si質(zhì)資料的導(dǎo)電性，還能防止Si顆粒在充放電循環(huán)中發(fā)作聚會(huì)。因而Si/C復(fù)合資料歸納了二者的優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)出高比容量和較長(zhǎng)循環(huán)壽數(shù)，有望替代石墨變成新一代鋰離子電池負(fù)極資料。

這些年，硅碳負(fù)極資料有關(guān)技能發(fā)展迅速，迄今已有少數(shù)商品完成實(shí)用化，日本日立集團(tuán)Maxell公司已開(kāi)宣布一種以“SiO-C”資料為負(fù)極的新式鋰電池，并成功地使用到諸如智能手機(jī)等商業(yè)化商品中。但是，硅碳負(fù)極鋰離子電池間隔真正大規(guī)模商業(yè)化使用仍有很多科學(xué)疑問(wèn)亟需處理。

這篇文章從資料挑選、構(gòu)造規(guī)劃以及電極優(yōu)化等方面總述了硅/碳復(fù)合資料這些年的研討進(jìn)展，并對(duì)硅碳資料的發(fā)展趨勢(shì)作了開(kāi)端展望，以期為進(jìn)一步研討高功能鋰離子電池負(fù)極用硅碳復(fù)合資料供給學(xué)習(xí)。

硅碳復(fù)合資料構(gòu)造規(guī)劃

無(wú)人船智能鋰電池

IP67防水，充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備

點(diǎn)擊詳情

從硅碳復(fù)合資料的構(gòu)造動(dòng)身，可將現(xiàn)在研討的硅碳復(fù)合資料分為包覆構(gòu)造和嵌入構(gòu)造。

1.1包覆構(gòu)造

包覆構(gòu)造是在活性物質(zhì)硅外表包覆碳層，減輕硅的體積效應(yīng)，增強(qiáng)其導(dǎo)電性。依據(jù)包覆構(gòu)造和硅顆粒描摹，包覆構(gòu)造可分為核殼型、蛋黃-殼型以及多孔型。

1.1.1核殼型

核殼型硅/碳復(fù)合資料是以硅顆粒為核，在核外外表均勻包覆一層碳層。碳層的存在不只有利于添加硅的電導(dǎo)率，緩沖硅在脫嵌鋰進(jìn)程中的有些體積效應(yīng)，還可以最大極限下降硅外表與電解液的直觸摸摸，進(jìn)而減輕電解液分化，使整個(gè)電極的循環(huán)功能得到進(jìn)步。

Zhang等選用乳液聚合法在硅納米顆粒外表包覆聚丙烯腈(PAN)，經(jīng)800℃熱處理得到硅碳核殼構(gòu)造復(fù)合資料(SiC)。無(wú)定形碳層按捺了充放電進(jìn)程中硅顆粒的聚會(huì)，SiC在循環(huán)20次后容量維持在初始容量的50%左右。比較之下，硅納米顆粒在循環(huán)20次后容量衰減嚴(yán)峻。

Hwa等以聚乙烯醇(PVA)為碳源，選用慵懶氛圍下高溫?zé)峤夥▽?duì)硅納米顆粒進(jìn)行碳包覆，得到碳?xì)雍穸葹?~10nm厚的硅碳復(fù)合資料。選用硅納米顆?？梢韵陆倒璧目隙w積效應(yīng)，削弱資料內(nèi)部應(yīng)力，碳包覆則進(jìn)一步緩沖了硅內(nèi)核的脹大，該復(fù)合資料在100mA/g電流下循環(huán)50次后比容量仍可達(dá)1800mA˙h/g，展現(xiàn)出優(yōu)良的循環(huán)安穩(wěn)性，而純納米Si和碳包覆微米硅(4μm)容量則衰減至缺乏200mA˙h/g。

Xu等經(jīng)過(guò)高溫?zé)峤饩燮蚁?PVDF)得到核殼型硅碳復(fù)合資料，其碳層厚度為20~30nm；該硅碳復(fù)合資料電極在0.02~1.5V電壓范圍內(nèi)，50mA/g電流條件下的初次可逆比容量為1328.8mA˙h/g，循環(huán)30次后容C)，見(jiàn)圖1。與單殼層Si@C比較，Si@SiO2@C具有更高的容量堅(jiān)持率，在0.01~5V電壓范圍內(nèi)循環(huán)100次后仍具有785mA˙h/g的可逆容量。

研討標(biāo)明，中間層SiO2作為緩沖相，可進(jìn)一步減小循環(huán)進(jìn)程發(fā)作的脹大應(yīng)力；一同，SiO2層還可與渙散的Li+發(fā)作不行逆反響，生成Si和Li4SiO4合金，進(jìn)一步確保了資料的可逆容量。

1.1.2蛋黃-殼型

蛋黃-殼構(gòu)造是在核殼構(gòu)造基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)必定技能手段，在內(nèi)核與外殼間引進(jìn)空地有些，進(jìn)而構(gòu)成的一種新式納米多相復(fù)合資料。蛋黃-殼型硅/碳復(fù)合資料出現(xiàn)一種特別的Si@void@C殼層的構(gòu)型，不只具有通常核殼構(gòu)造的優(yōu)勢(shì)，并且它的空腔關(guān)于硅體積脹大有包容效果，可完成硅核愈加自在的脹大縮短，然后確保資料在充放電進(jìn)程中全體構(gòu)造的安穩(wěn)性，有利于發(fā)作安穩(wěn)的固態(tài)電解質(zhì)(SEI)膜。

Zhou等選用溶膠-凝膠法在硅納米顆粒外表包覆一層SiO2殼層，以蔗糖為碳源進(jìn)行熱解碳包覆，將SiO2用HF刻蝕后得到蛋黃-殼構(gòu)造復(fù)合資料(SiC)，其間活性物質(zhì)硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28.54%。比較于硅納米顆粒和空心碳，SiC具有非常好的循環(huán)安穩(wěn)性，初次比容量為813.9mA˙h/g，循環(huán)40次后容量堅(jiān)持在500mA˙h/g。

Tao等選用類(lèi)似的辦法也制備出安穩(wěn)的SiC復(fù)合資料，循環(huán)100次后的比容量為780mA˙h/g。碳負(fù)載量的優(yōu)化發(fā)現(xiàn)，復(fù)合資料中碳負(fù)載量為63%時(shí)的比容量(780mA˙h/g)高于碳負(fù)載量為72%時(shí)的比容量(690mA˙h/g)。這標(biāo)明要完成SiC復(fù)合資料的最大容量，還需要對(duì)蛋黃-殼構(gòu)造進(jìn)行深化的優(yōu)化規(guī)劃。

Liu等以聚多巴胺為碳源構(gòu)成出蛋黃-殼復(fù)合資料(SiC)。在該構(gòu)造中，硅內(nèi)核和薄碳層之間預(yù)留了足夠的空間，使硅在鋰化脹大時(shí)不破壞碳?xì)?，然后使?fù)合資料外表能構(gòu)成安穩(wěn)的SEI膜。

這種Si@void@C在0.1C電流密度下，可逆容量高達(dá)2800mA˙h/g，循環(huán)1000次后有74%的容量堅(jiān)持@C)。

該資料展現(xiàn)出優(yōu)良的循環(huán)安穩(wěn)性，在460mA/g電流密度下循環(huán)430次后，容量堅(jiān)持在956mA˙h/g，容量堅(jiān)持率高達(dá)83%，而Si@C核殼資料在一樣測(cè)驗(yàn)條件下，前10次循環(huán)容量衰減顯著，循環(huán)430次后容量缺乏200mA˙h/g。

在此復(fù)合構(gòu)造中，碳層可以進(jìn)步導(dǎo)電性，SiO2層添加了資料安穩(wěn)性，空腔為硅內(nèi)核的脹大供給了緩沖空間。一同，SiO2和碳雙殼層阻隔了電解液和硅納米顆粒，防止硅納米顆粒與電解質(zhì)發(fā)作不行逆反響，起到了了雙層確保效果。

1.1.3多孔型

多孔硅常用模板法來(lái)制備，硅內(nèi)部空地可認(rèn)為鋰硅合金化進(jìn)程中的體積脹大預(yù)留緩沖空間，減輕資料內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力。由多孔硅構(gòu)成的硅碳復(fù)合資料，在循環(huán)進(jìn)程中具有愈加安穩(wěn)的構(gòu)造。

研討標(biāo)明，在多孔型硅/碳復(fù)合資料中，均勻分布在硅顆粒周?chē)目椎罉?gòu)造可以供給迅速的離子傳輸通道，且較大的比外表積添加了資料反響活性，然后展現(xiàn)出優(yōu)良的倍率功能，在電池快充功能方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

Li等經(jīng)過(guò)可控復(fù)原二氧化硅氣凝膠的辦法，構(gòu)成出3D連通的多孔硅碳復(fù)合資料，該資料在200mA/g電流密度下循環(huán)200次時(shí)容量堅(jiān)持在1552mA˙h/g，且在2000mA/g大電流充放電下循環(huán)50次后仍堅(jiān)持1057mA˙h/g的比容量。

Bang等經(jīng)過(guò)電偶置換反響，將Ag顆粒堆積于硅粉(粒徑10μm)外表，經(jīng)刻蝕除掉Ag后得到具有3D孔構(gòu)造的塊狀硅，再經(jīng)過(guò)乙炔熱解進(jìn)行碳包覆，制備出多孔型硅碳復(fù)合資料，在0.1C倍率下具有2390mA˙h/g的初始容量以及94.4%的初次Coulomb功率；在5C倍率時(shí)的容量仍可到達(dá)0.1C倍率時(shí)容量的92%，展現(xiàn)出優(yōu)良的倍率功能。此外，該電極循環(huán)50次后厚度從18μm變?yōu)?5μm，體積脹大僅為39%；一同，該資料的體積比容量接近2830mA˙h/cm3，是商業(yè)化石墨電極的5倍(600mA˙h/cm3)。

Yi等將微米級(jí)SiO2粉末在950℃高溫處理5h，得Si/SiO2混合物，HF酸刻蝕除掉SiO2后，得到由粒徑為10nm的硅一次粒子堆積構(gòu)成的多孔硅。然后，以乙炔為碳源，在620℃熱解20min，對(duì)多孔硅進(jìn)行碳包覆，制得多孔硅碳復(fù)合資料。該資料在1A/g電流密度下循環(huán)200次后容量堅(jiān)持在1459mA˙h/g，遠(yuǎn)高于純硅；在12.8A/g高電流密度下的比容量仍可到達(dá)700mA˙h/g，表現(xiàn)出優(yōu)良的倍率功能。此外，該資料振實(shí)密度大(0.78g/cm3)，體積比容量高，在400mA/g電流密度下充放電循環(huán)50次，容量堅(jiān)持在1326mA˙h/cm3。

進(jìn)一步研討發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)調(diào)理反響溫度對(duì)硅一次粒子粒徑進(jìn)行優(yōu)化，其間一次粒子為15nm時(shí)多孔硅碳復(fù)合資料功能最優(yōu)，在400mA/g電流密度下循環(huán)100次后容量可達(dá)1800mA˙h/cm3，遠(yuǎn)高于一次粒子粒徑為30nm和80nm的復(fù)合資料。這首要是因?yàn)楣枰淮瘟Ｗ恿皆叫?，脫嵌鋰時(shí)體積改變?cè)叫?，因而可以?gòu)成更為安穩(wěn)的SEI膜。

別的，對(duì)碳化溫度和時(shí)刻進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)現(xiàn)，碳化溫度800℃、碳負(fù)載質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%時(shí)的多孔硅/碳復(fù)合資料功能最好，在1.2A/g電流密度下循環(huán)600次后的容量堅(jiān)持在1200mA˙h/g，簡(jiǎn)直無(wú)容量丟失，且Coulomb功率高達(dá)99.5%。

該多孔硅碳復(fù)合資料構(gòu)成技術(shù)成本低，易于規(guī)?；霎a(chǎn)。

近來(lái)，Lu等規(guī)劃并構(gòu)成了一種特別構(gòu)造的碳包覆多孔硅資料(nC–pSiMPs)，其間，多孔微米硅(pSiMPs)由一次硅納米顆粒堆積而成，其內(nèi)部硅納米顆粒外表無(wú)碳包覆層，碳層僅涂覆于微米多孔硅外外表。

該資料是以商業(yè)化SiO微粒為質(zhì)料，以間苯二酚–甲醛樹(shù)脂為碳源，在Ar氛圍下高溫碳化處理得到碳包覆層，一同內(nèi)核SiO經(jīng)高溫歧化反響生成Si和SiO2，HF刻蝕后得到硅與空腔的體積比為3:7的多孔硅。該構(gòu)造中，空腔尺度可以極好的包容硅在脫嵌鋰時(shí)的體積改變而不使碳?xì)記Q裂，確保了資料構(gòu)造的安穩(wěn)性；一同，包覆于多孔硅外外表的碳?xì)幽茏钃想娊庖航攵嗫坠鑳?nèi)部，削減硅與電解液的觸摸面積，僅在微米硅外外表碳包覆層上構(gòu)成安穩(wěn)的SEI膜。

相應(yīng)地，關(guān)于內(nèi)部硅納米顆粒也包覆碳層的資料(iC-pSiMP)，電解液與活性物質(zhì)觸摸面積更大，一同硅體積脹大易致使碳層決裂，內(nèi)部硅納米顆粒裸露并與電解液觸摸，致使充放電循環(huán)進(jìn)程中發(fā)作更厚的SEI膜。

因而，nC-pSiMPs電極(活性物質(zhì)負(fù)載量為0.5mg/cm2)較iC-pSiMP和pSiMP具有更優(yōu)良的循環(huán)安穩(wěn)性，在1/4C(1C=4.2A/g活性物質(zhì))循環(huán)1000次時(shí)可逆容量高達(dá)1500mA˙h/g。

此外，該電極資料經(jīng)100次循環(huán)后，厚度從16.2μm增至17.3μm，脹大率僅為7%，其體積比容量(1003mA˙h/cm3)也遠(yuǎn)高于商業(yè)化石墨(600mA˙h/cm3)。

1.2嵌入型

嵌入型硅碳復(fù)合資料是指將硅顆粒經(jīng)過(guò)物理或許化學(xué)手段渙散到碳載體中，硅顆粒與碳基體聯(lián)系緊密，構(gòu)成安穩(wěn)均勻的兩相或多相系統(tǒng)，依靠碳載體為電子和離子供給傳輸通道和支持骨架，供給資料構(gòu)造的安穩(wěn)性。

嵌入型硅碳復(fù)合資料中，硅含量通常較低，可以奉獻(xiàn)的容量較少，因而其可逆比容量也通常較低，但是在復(fù)合資料中存在很多的碳資料，所以其循環(huán)安穩(wěn)性通常較好。

1.2.1石墨

石墨是現(xiàn)在使用最廣泛的鋰離子電池負(fù)極資料，分為天然石墨和人工石墨兩種，質(zhì)料來(lái)歷廣泛且價(jià)格低廉。石墨具有層片狀構(gòu)造，充放電進(jìn)程中體積改變小，循環(huán)安穩(wěn)功能杰出，可緩沖充放電進(jìn)程中的硅構(gòu)造重建引起的體積脹大，防止負(fù)極資料構(gòu)造崩塌，合適作為緩沖基體；一同石墨杰出的電子導(dǎo)電性極好地處理硅電子導(dǎo)電性差的疑問(wèn)。但石墨常溫條件下化學(xué)性質(zhì)安穩(wěn)，很難與硅發(fā)作強(qiáng)的效果力，因而現(xiàn)在首要是經(jīng)過(guò)高能球磨和化學(xué)氣相堆積2種辦法制備硅/石墨復(fù)合資料。

Pengjian等選用高能球磨法將石墨和硅粉混合制得硅/石墨復(fù)合資料。研討標(biāo)明，該復(fù)合資料中沒(méi)有發(fā)作合金相，其初次可逆比容量為595mA˙h/g，Coulomb功率為66%；循環(huán)40次后比容量為469mA˙h/g，每次循環(huán)的容量丟失率約為0.6%。

Holzapfel等選用化學(xué)堆積法(CVD)將硅納米顆粒堆積在石墨中，當(dāng)硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.1%時(shí)，電極的可逆容量為520mA˙h/g，其間硅奉獻(xiàn)的比容量超越2500mA˙h/g，循環(huán)100次后硅奉獻(xiàn)的比容量仍高達(dá)1900mA˙h/g。

石墨與硅之間的效果力較弱，很難構(gòu)成安穩(wěn)的復(fù)合構(gòu)造。因而，石墨通常被用作導(dǎo)電骨架或介質(zhì)，與其他硅/碳資料一同構(gòu)建構(gòu)造安穩(wěn)的三元復(fù)合系統(tǒng)。關(guān)于鋰離子電池負(fù)極資料來(lái)說(shuō)，硅/無(wú)定形碳/石墨(Si–C–G)是如今較為流行也是最早開(kāi)端研討的三元復(fù)合系統(tǒng)，其制備辦法首要有機(jī)械混合-高溫?zé)峤夥?、溶劑?高溫?zé)峤夥ê突瘜W(xué)氣相堆積法等。

關(guān)于Si–C–G復(fù)合資料而言，硅比容量最大(約3579mA˙h/g)，為石墨及熱解碳的10倍，是決議復(fù)合資料容量的關(guān)鍵活性物質(zhì)，可經(jīng)過(guò)調(diào)控硅在復(fù)合系統(tǒng)中的含量來(lái)規(guī)劃容量；石墨作為支持資料，可改進(jìn)硅的渙散效果及導(dǎo)電性；無(wú)定形碳作為粘結(jié)劑和包覆碳，將硅粉與石墨有用一聯(lián)系起來(lái)，并與石墨一同構(gòu)成導(dǎo)電炭網(wǎng)構(gòu)造，一同，無(wú)定形碳還能改進(jìn)硅與電解液的界面功能。

因而，根據(jù)硅-無(wú)定形碳-石墨3種資料的有機(jī)聯(lián)系，能有用進(jìn)步硅負(fù)極的電化學(xué)功能。

Kim等選用機(jī)械化學(xué)球磨與造粒進(jìn)程相聯(lián)系的辦法，將硅納米顆粒與較大顆粒的鱗片石墨混合造粒，使得較小的硅納米顆粒嵌入到鱗片石墨縫隙中，進(jìn)而制備了硅–石墨/無(wú)定形碳復(fù)合資料。該復(fù)合資料極好的處理了硅導(dǎo)電性差和體積脹大的疑問(wèn)，所得復(fù)合資料具有568mA˙h/g的可逆比容量，初次Coulomb功率可達(dá)86.4%。

Lee等將硅納米顆粒(100nm)和天然鱗片石墨(~5μm)加入到瀝青溶液中，經(jīng)球磨-造粒-高溫?zé)峤馓蓟玫絊i–G–C三元復(fù)合資料，其可逆比容量為700mA˙h/g，初次功率高達(dá)86%，50次循環(huán)后比容量簡(jiǎn)直沒(méi)有衰減。

Ma等將硅納米顆粒、聚氯乙烯(PVC)和脹大石墨溶解于四氫呋喃(THF)，蒸騰溶劑后碳化，得到硅–碳–脹大石墨復(fù)合資料。該資料在200mA/g下，可逆容量為902.8mA˙h/g，循環(huán)40次后容量堅(jiān)持率為98.4%。

研討發(fā)現(xiàn)，循環(huán)進(jìn)程中因脹大而破碎的硅納米顆粒仍能較好的渙散在脹大石墨上，這首要?dú)w功于脹大石墨的多孔性和杰出的柔韌性。

綜上所述，硅/石墨或硅/石墨/碳系統(tǒng)容量遍及不高，在1000mA˙h/g以下，硅含量通常較低，削減硅使用量的意圖在于進(jìn)步復(fù)合資料容量的一同盡可能確保資料各項(xiàng)功能與石墨共同，特別是初次Coulomb功率和循環(huán)壽數(shù)，以期進(jìn)步現(xiàn)有電池系統(tǒng)的質(zhì)量與體積能量密度?，F(xiàn)在的規(guī)劃容量為450~600mA˙h/g，但考慮到現(xiàn)在爆發(fā)式的新能源車(chē)市場(chǎng)對(duì)路程和壽數(shù)的需要，開(kāi)發(fā)300~350W˙h/kg的動(dòng)力鋰電池是必然趨勢(shì)，因而高容量硅基資料的開(kāi)發(fā)也勢(shì)在必行。

1.2.2碳納米管/納米纖維

相關(guān)于石墨顆粒，碳納米管/納米纖維(CNT/CNF)得益于其高長(zhǎng)寬比的優(yōu)勢(shì)，與硅復(fù)合后，使用其導(dǎo)電性及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造可以構(gòu)建接連的電子傳遞網(wǎng)絡(luò)，減輕循環(huán)進(jìn)程中硅的體積改變，按捺顆粒聚會(huì)，然后進(jìn)步硅基負(fù)極資料的電化學(xué)功能。

Camer等使用化學(xué)構(gòu)成法得到酚醛聚合物-硅復(fù)合資料，然后在慵懶氛圍下碳化得到Si/SiOx/碳纖維復(fù)合資料。碳纖維的存在增強(qiáng)了電極的導(dǎo)電性，一同可以約束硅脫嵌鋰進(jìn)程中的脹大和縮短。該復(fù)合資料在500mA/g電流密度下，比容量達(dá)2500mA˙h/g，并表現(xiàn)出杰出的循環(huán)安穩(wěn)功能。

Mangolini等將量子點(diǎn)Si溶液、CNTs和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)涂覆于銅箔上，并在慵懶氛圍下熱處理，得到Si/CNTs復(fù)合資料，其間Si粒子在CNTs中渙散均勻，兩者之間構(gòu)成異質(zhì)結(jié)層。該資料循環(huán)200次后的充電比容量仍可達(dá)1000mA˙/g，其Coulomb功率為99.8%。

別的，將CNT和CNF引進(jìn)到SiC復(fù)合資料中，憑借三種資料間的協(xié)同效應(yīng)也有助于進(jìn)一步強(qiáng)化資料的電化學(xué)功能。

Zhang等將CNT和CNF和SiC混合，制備出容量高且循環(huán)功能優(yōu)良的復(fù)合資料(Si@C/CNT&CNF)。其間，CNT和CNF與硅外表的碳包覆層在復(fù)合資料內(nèi)構(gòu)建出高效的電子傳遞網(wǎng)絡(luò)，將大有些Si@C顆粒銜接在一同，強(qiáng)化復(fù)合資料的導(dǎo)電性；一同CNT和CNF與Si@C相互交織混合，在復(fù)合資料內(nèi)構(gòu)成的孔穴，可接受硅在嵌鋰進(jìn)程中的脹大，按捺循環(huán)進(jìn)程中傳遞網(wǎng)絡(luò)的決裂，進(jìn)而進(jìn)步資料的循環(huán)安穩(wěn)性。

該資料在300mA/g電流密度下循環(huán)50次后容量仍可達(dá)1195mA˙h/g，而未摻雜CNTs&CNFs的Si@C資料循環(huán)安穩(wěn)性較差，50次后容量?jī)H有601mA˙h/g，未包覆碳的純硅納米顆粒經(jīng)15次循環(huán)后容量衰減至簡(jiǎn)直為0。

1.2.3石墨烯

除石墨和碳納米管/納米纖維外，石墨烯因其優(yōu)良的導(dǎo)電性、高比外表積和杰出的柔韌性等特點(diǎn)，也變成改性硅基負(fù)極的熱門(mén)資料之一。研討者已開(kāi)宣布幾種制備鋰離子電池硅/石墨烯復(fù)合負(fù)極資料的辦法。

Chou等經(jīng)過(guò)將硅納米顆粒與石墨烯簡(jiǎn)單機(jī)械混合，所得資料初次可逆比容量為2158mA˙h/g，30次循環(huán)后仍堅(jiān)持在1168mA˙h/g。

Chabot等經(jīng)過(guò)將硅納米顆粒和氧化石墨烯混合液凍干后，在富含10%(體積分?jǐn)?shù))H2的Ar氛圍下熱復(fù)原制備硅/石墨烯復(fù)合資料。該資料的初始放電容量為2312mA˙h/g，經(jīng)100次循環(huán)后容量堅(jiān)持率為78.7%。

Luo等規(guī)劃了一種氣溶膠輔佐-毛細(xì)管驅(qū)動(dòng)自拼裝辦法，將氧化石墨烯與硅超聲混合，加熱構(gòu)成霧滴后，由氣體將混合物帶入碳化爐加熱復(fù)原碳化，然后得到一種褶皺石墨烯包覆硅復(fù)合資料。該資料在1A/g電流下循環(huán)250次后容量仍可到達(dá)940mA˙h/g，初次循環(huán)后均勻每次容量丟失僅為0.05%。

研討標(biāo)明，將石墨烯(G)與硅復(fù)合可改進(jìn)硅負(fù)極的導(dǎo)電性及循環(huán)安穩(wěn)性，但只是引進(jìn)石墨烯并不能最大程度上改進(jìn)硅負(fù)極資料的電化學(xué)功能，經(jīng)過(guò)將硅、石墨烯和無(wú)定形熱解碳碳聯(lián)系到一同，使用三者間的協(xié)同效果有望得到電化學(xué)功能更優(yōu)的硅基負(fù)極資料。

Zhou等規(guī)劃了石墨烯/Si@C復(fù)合資料，經(jīng)過(guò)在硅納米顆粒外表包覆一層熱解碳維護(hù)層，既有利于硅的構(gòu)造安穩(wěn)性，又能強(qiáng)化硅顆粒和石墨烯界面的聯(lián)系才能，推進(jìn)界面間的電子傳輸。這種具有雙層維護(hù)構(gòu)造的復(fù)合資料在300mA/g電流密度下循環(huán)100次后的可逆容量可達(dá)902mA˙h/g。

Li等先將聚苯胺接枝到硅納米顆粒外表，隨后使用聚苯胺與石墨烯間的π–π效果和靜電引力，在顆粒外表自拼裝包覆石墨烯后，經(jīng)高溫碳化得到Si@C/G復(fù)合資料。該復(fù)合資料在50mA/g電流密度下的可逆容量為1500mA˙h/g，在2000mA/g的高電流密度下的容量也超越了900mA˙h/g，且循環(huán)300次后的容量堅(jiān)持率可達(dá)初始容量的70%。

Zhou等將帶正電荷的聚氯化二烷基二甲基胺(PDDA)包覆帶負(fù)電荷的硅納米顆粒，然后與帶有負(fù)電荷的氧化石墨烯在靜電效果下進(jìn)行自拼裝，碳化得到具有包覆構(gòu)造的Si@C/G復(fù)合資料。該資料在100mA/g電流密度下，150次循環(huán)后仍有1205mA˙h/g的可逆容量。

Yi等選用類(lèi)似的辦法將PDDA包覆SiO和氧化石墨烯(GO)混合物后，經(jīng)高溫碳化、HF酸刻蝕后得到微孔硅/石墨烯復(fù)合資料(G/Si)，隨后以乙炔為碳源，經(jīng)高溫?zé)峤馓蓟M(jìn)行碳包覆得到G/Si@C三元復(fù)合資料。該資料具有高達(dá)1150mA˙h/g的比容量，且循環(huán)100次后容量根本堅(jiān)持不變。