1成果簡介

　　硅材料作為鋰離子電池（LIBs）的負(fù)極材料時具有較高的理論比容量。硅/碳復(fù)合材料可緩解體積膨脹并增強導(dǎo)電性，從而提升鋰離子電池的電化學(xué)性能。本文，南京大學(xué)杜紅賓課題組在《ChemEurJ》期刊發(fā)表名為“Pomegranate–Like Nano-Confined Silicon Inside Conductive Carbon Black as Anode Materials for Lithium-Ion Batteries”的論文，研究提出一種基于低成本、易獲取的導(dǎo)電炭黑（XC）的新型制備石榴狀Si/C納米復(fù)合材料策略，結(jié)合濕化學(xué)還原與化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)。

　　制備過程首先采用簡便的濕化學(xué)方法，在XC中實現(xiàn)SiCl4的可控水解。隨后，采用新型離子液體-鎂還原體系將所得SiO?/XC前驅(qū)體還原為高結(jié)晶度硅顆粒（Si/XC），避免了傳統(tǒng)高溫鎂還原法產(chǎn)生的雜質(zhì)副產(chǎn)物。最終通過CVD技術(shù)在石榴狀Si/XC復(fù)合材料外層包覆碳層，形成納米限域Si/C結(jié)構(gòu)。該復(fù)合材料在鋰離子電池中展現(xiàn)出優(yōu)異的可逆容量與良好的循環(huán)穩(wěn)定性。在1 A g?1條件下經(jīng)400次循環(huán)后，Si/XC@C-0.5復(fù)合材料達到最高比容量835 mA h g?1，相較于活化后首輪循環(huán)（688 mA h g?1）的容量保持率達121%。本研究為制備高性能鋰離子電池用Si/C復(fù)合材料提供了可重復(fù)且可擴展的制備途徑。

2圖文導(dǎo)讀

圖1、Schematic diagram of the preparation of Si/XC@C material.

圖2.a) SEM images of XC-72R, b) SEM images of SiO2/XC-0.5, c) SEM images of Si/XC-0.5, d) SEM images of Si/XC@C-0.5, e) TEM images of Si/XC@C-0.5, f) HRTEM images of Si/XC@C-0.5, g) Element distribution map of Si/XC@C-0.5.

圖3、a) XRD pattern of XC-72R and SiO2/XC-0.5, b) XRD pattern of Si/XC-0.5 and Si/XC@C-0.5, c) Raman spectra of Si/XC-0.5 and Si/XC@C-0.5, d) TGA curve of Si/XC-0.5, Si/XC@C-0.2, Si/XC@C-0.5 and Si/XC@C-0.8 recorded under a flowing air steam, e) N2 adsorption/desorption isotherms of Si/XC@C-0.5, f) The corresponding pore size distribution of Si/XC@C-0.5.

圖4、a) Charge and discharge profiles for the first three cycles of Si/XC-0.5 at 0.1 A g?1, b) Long-term cycling performance of Si/XC and pure Si at 1.0 A g?1, c) Charge and discharge profiles for the first three cycles of Si/XC@C-0.5 at 0.1 A g?1, d) Long-term cycling performance of Si/XC@C at 1.0 A g?1.

圖5、a) The capacitive contribution of Si/XC@C-0.5 at 0.2 mV s?1, b) The capacitive contribution of Si/XC@C-0.5 at 1 mV s?1, c) Nyquist plots of Si/XC@C-0.5 after 10, 50, and 100 cycles (Inset shows the equivalent circuit diagram), d) Fitted results of line correlation between Z′ and ω?0.5, e) GITT profile of pure Si electrode, f) GITT profile of Si/XC@C-0.5.

3小結(jié)

　　綜上所述，我們提出了一種通過濕法化學(xué)還原與化學(xué)氣相沉積技術(shù)相結(jié)合的新策略，成功制備出具有卓越性能的石榴狀納米限制Si/C復(fù)合材料。我們成功地通過濕化學(xué)法將硅與導(dǎo)電性XC結(jié)合，隨后通過甲苯CVD工藝對材料進行碳涂層處理。與純硅材料相比，兩種碳的引入顯著提高了電極材料的導(dǎo)電性和電化學(xué)性能。具體而言，Si/XC@C-0.2電極在1 A g?1電流密度下經(jīng)400次循環(huán)后容量保持率達157.7%，而Si/XC@C-0.5電極在400次循環(huán)后達到最高容量835 mA h g?1，是石墨容量的兩倍以上。該方法為制備鋰離子電池用高性能硅碳復(fù)合材料提供了可替代、可重復(fù)且可擴展的途徑。

　　文獻：
https://doi.org/10.1002/chem.202502213

來源：材料分析與應(yīng)用