界面氧化调控提升Si/C复合负极材料性能

发布日期:2018-10-7     浏览次数:884次    发布者:刘春英    


      我院杨勇教授课题组近期与美国乔治亚理工大学朱廷教授在界面氧化调控锂离子电池Si/C纳米复合负极材料性能方面取得重要进展,相关成果“Controlling Surface Oxides in Si/C Nanocomposite Anodes for High-Performance Li-Ion Batteries”发表在《先进能源材料》(Adv. Energy Mater., 2018, DOI: 10.1002/aenm.201801718)。

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      课题组通过在纳米硅球表面定量控制氧化层的厚度,再经PAN包覆热解碳化,制备得到硅碳纳米复合电极,发现当硅纳米颗粒表面氧化层达到最优厚度时,可使Si@SiOx/C纳米复合负极兼具高容量和循环稳定性。结合多种谱学电化学实验和化学-机械模型的计算模拟,系统探究了界面氧化对硅碳纳米复合负极电化学性能的调控机制。该工作深入分析了硅表面氧化度对Si/C纳米复合电极电化学性能影响,对于高性能Si/C复合电极的设计具有重要的指导意义。

      杨勇教授课题组长期致力于锂离子电池电极材料的基础研究,在锂离子电池硅负极材料的改性与电化学反应机理和力学响应研究上已经取得系列重要进展。例如课题组前期与美国乔治亚理工大学刘美林教授和朱廷教授的团队合作,设计合成自支撑硅/锗双层壳结构的复合硅负极材料(Cu/Si/Ge NWs), 首次在Si/Ge界面上观察到共锂化/共脱锂的协同反应动力学过程,其独特的Si/Ge协同反应共锂化/共脱锂的机制可显著改善Cu/Si/Ge NWs电极的电化学性能(Energy Environ. Sci., 2018, 11, 669)。最近课题组还与厦大物理系陈松岩教授团队合作,通过非贵金属铜诱导腐蚀硼重掺杂微米级硅粉和氮化处理(Si-N,AlON)的多孔硅粉,实现首次库伦效率> 92%,面积比容量3 mAh cm-2J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 7449)。

      该研究工作是我院2016级博士生郑国瑞、向宇轩,厦门大学材料学院张桥保助理教授等完成材料的合成及其表征工作,美国乔治亚理工大学朱廷教授课题组博士生罗浩运用化学机械模型研究具备不同厚度二氧化硅层的纳米硅颗粒锂化行为及其力学响应。该研究得到科技部重点研发计划课题(2018YFB0905400和2016YFB0901500)及国家自然科学基金(21233004、21473148、21621091和21761132030)的资助。


论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201801718