3D碳涂层稳定硅/石墨烯/CNT复合材料用于锂离子电池

在最近发表在《杂志》上的一项研究中Electrochimica Acta，，，，来自中国的研究人员开发了3D碳涂层的稳定硅/石墨烯/CNT复合材料，以克服硅离子电池在电荷分离过程中在一定程度上限制硅锂离子电池的限制。

学习：含碳的碳涂层碳涂层/石墨烯/CNT复合材料作为锂离子电池的阳极。图片来源：沉浸图像/Shutterstock.com

增强阳极在锂离子电池中的作用

随着环境降解和全球能源危机的使用，增加了清洁，可再生能源的使用至关重要。开发高效率的储能发电厂和能源储能对于解决能源问题至关重要。

锂离子电池具有延长的周期寿命，高能量密度和环境友好性等优势，可在广泛的应用中广泛使用。阳极材料的性能对于增强使用硅作为主要材料制造的锂离子电池的能量密度至关重要。

诸如严重粉碎和随后与当前收集器接触的问题导致锂离子电池的排放或充电期间硅的低周期稳定性和迅速的容量衰减。

这项研究的研究人员开发了3D碳涂层的硅/石墨烯/CNT复合材料（[电子邮件保护]/gn/cnt/pda-c）使用静电自组装，多巴胺自聚合和高温碳化，以解决一定程度的锂离子阳极中的问题。

方法

四个复合材料 - 溴化甲虫或[电子邮件保护]（（[电子邮件保护]），[电子邮件保护]/cn/cnt，[电子邮件保护]/gn/cnt/pda-c，以及[电子邮件保护]/PDA-C，Si/PDA-C-在研究中合成。

发展[电子邮件保护]（（[电子邮件保护]），将SINP分散在去离子水中并不断混合，然后将CTAB水溶液添加到SINP悬浮液中，同时迅速搅拌和超声处理溶液一小时，然后进行五个离心的洗涤周期以去除多余的CTAB。

产生[电子邮件保护]/gn/cnt/pda-c复合材料，[电子邮件保护]将石墨烯和碳纳米管（CNT）散布在Tris缓冲液中以产生悬浮液，然后连续搅拌，在此期间加入多巴胺（DA）。之后，均匀的ploy-dopamine碳层（PDA-C）涂层[电子邮件保护]/cn/cnt被过滤，用去离子水洗涤，然后真空干燥。使用类似的方法[电子邮件保护]/pDA-C，Si/PDA-C和Si/Gn/CNT/PDA-C准备比较结果。

结果

X射线衍射模式表明，CTAB改变，PDA涂层或热处理不会破坏硅结构。由于具有高导电和石墨化碳的石墨烯片，在26.4处也鉴定出石墨和晶体平面^o和42.2^o在[电子邮件保护]/gn/cnt/pda-c。

进行拉曼测量以确定复合材料的结构。拉曼光谱中D和G带的强度相对较低[电子邮件保护]/pad-c表明[电子邮件保护]/PAD-C的碳组件无序成分百分比较低。

进一步读数：高能电池中的碳纸电极上的多相梯度锂化

这些复合材料中的硅含量通过热重分析（TGA）证实。Si/PDA-C的TGA曲线和[电子邮件保护]/PDA-C从500加热时显示大幅下降^oC至620^oC，由于涂层碳层的氧化。TGA的发现证明了[电子邮件保护]/PDA-C复合材料的SINP少于Si/PDA-C复合材料，因为热处理后CTAB产生的碳量低。

X射线光电子光谱（XPS）分析表面化学构型的分析[电子邮件保护]/gn/cnt/pad-c表明，PDA-C层有效地涂在复合材料上。扫描电子显微镜图像表明，PDA-C被涂在SINP上，以在Si/PDA-C中制备Si/PDA-C复合材料，[电子邮件保护]/pda-c，si/gn/cnt/pda-c，以及[电子邮件保护]/gn/cnt/pda-c。

Zeta对SINP和[电子邮件保护]被用来研究静电表面改变对纳米 - 硅质表面电荷特性的影响。结果表明，很容易将SINP的表面氧化以形成由高表面能引起的氧化物层。

最初的五个循环伏安法（CV）曲线[电子邮件保护]/gn/cnt/pda-c表明，固体电解质相（SEI）的形成与第一个循环中的宽还原峰相关，然后在第二个循环中消散。注射Li+以产生Lixsi合金的非晶短语，在将来的周期中导致阴极峰值约0.2 V。

长期骑自行车的表现[电子邮件保护]/gn/cnt/pda-c电极在不同电流密度为0.1 a g的电极^-1和1 A G^-1证明电极仍然具有1306 mAh g的稳定可逆能力^-1100个循环后，高容量的保留率为68.1％，即使在1 a g的电流密度较高^-1。

结论

研究人员准备了3D[电子邮件保护]/gn/cnt/pda-c复合材料，使用高温热解处理和自组装。与其他两种复合材料相比[电子邮件保护]/pda-c和si/gn/cnt/pda-c），[电子邮件保护]/GN/CNT/PDA-C复合材料表现出更好的性能。准备好的复合材料是生产表现更好的锂离子电池的理想选择。

资源

Fangfang Wang，Song Lin，Xuesong Lu，Ruoyu Hong，Huiyong Liu，多巴巴胺碳涂层稳定硅/石墨烯/CNT复合材料作为锂离子电池的阳极，Electrochimica Acta（2021），https://www.亚博老虎机网登录sciendirect.com/science/article/pii/s0013468621019927?via%3dihub

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