Journal of Power Sources: 电化学性能提高的铜增强纳米多孔硅微球的控制合成

痴迷文献

2020-03-02

硅作为最有前途的锂离子电池负极材料，引起了人们的极大关注。体积膨胀和导电性差一直被认为是硅基电极容量迅速衰减的主要原因。迄今为止，人们已经致力于解决这些问题，大致总结如下：1）在锂化过程中，将颗粒尺寸减小到纳米级以抑制大应变；2）在硅负极表面加入电解质添加剂以形成稳定的固体电解质界面（SEI）；3）制造多孔结构并利用内部空隙空间来适应体积变化；4）制备涂层结构，例如碳层，以促进电子导电性。近日，山东大学冯金奎课题组采用一种简便的方法制备了铜掺杂纳米多孔硅，系统研究了孔隙率和铜含量对电化学性能的影响。结果表明，铜的掺入能保证硅的良好导电性，并能抑制硅在充放电过程中的体积膨胀。此外，初始库仑效率也可以提高。结果表明，SiCu复合材料具有优良的循环稳定性和较高的性能，有望成为提高负极材料性能的一个重要方向。

文章要点：

1）通过脱合金合成铜掺杂纳米多孔硅微球，经过4 h蚀刻的SiCu合金呈现出均匀的多孔球体。

2）研究了成分与微观结构之间的关系，随着Si含量的增加，孔的尺寸和数量都有所减小，Si₂₀Cu_3.5和Si₃₅Cu₅具有更为致密的多孔结构。

3）经过优化的硅负极具有出色的电化学性能。铜的掺入可以提高硅的初始库仑效率；随着铜含量的增加，提高了电子的导电性和速率能力；缓冲了体积膨胀，提高了循环性能；增强了硅的抗冰性。优化后的Si₁₀Cu₄具有优异的循环稳定性、速率性能。

4）这项工作对硅及其它类似合金型阳极材料的开发具有一定的参考价值。

Yuan Tao,et al,. Controlled synthesis of copper reinforced nanoporous silicon microsphere with boosted electrochemical performance,Journal of Power Sources,2020

DOI: 10.1016/j.jpowsour.2020.227967

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775320302706