干货 | 原位生长CNTs修饰SiO2/C复合材料做锂离子电池负极材料的应用

        硅基材料中的二氧化硅（SiO2）材料，因为其原材料来源广泛、储量丰富、成本低廉、环境无污染、放电电压平台低、制备方法比硅材料简单和理论比容量高(~1965 mA h g-1) 等优点，已逐渐成为锂离子电池负极材料的研究热点。但是，与过度金属氧化物类似，SiO2材料在充放电过程中会存在大的体积膨胀（~300%）和差的导电性；从而，使材料整体结构遭到破坏，甚至粉化瓦解，造成快速的容量衰减和大的不可逆容量；并且，低的导电率也会阻碍锂离子的快速脱出嵌入，影响离子和电子传输效率，导致材料具有差的倍率性能和循环性能。一般来说，目前主要从设计和制备纳米工程化的SiO2材料，并实现与碳材料复合来改善材料的体积膨胀和导电性差的问题。

        本论文采用绿色无污染、成本低廉的九水偏硅酸钠为硅源，利用化学沉淀法，与浓盐酸反应制得H2SiO3前驱体；同时以多巴胺盐酸盐为碳源，实现碳包覆结构，得到SiO2/C纳米复合材料；*终，在制备的复合材料材料基础上，进一步采用物理浸渍钴的催化剂和乙炔CVD的方法，制备了SiO2/C/CNTs复合材料。使得SiO2/C基体上均匀负载了导电性良好的CNTs，且CNTs与基体间相互连接、缠绕形成三维导电网络，提高了材料的导电性和结构完整。

         从图2可以看出，所制备的基体材料SiO2/C呈疏松多空状，并形成团簇聚集在一起；从TEM表征得出，SiO2颗粒尺寸约为10 nm，均匀地嵌在碳相中，形成稳定的碳包覆结构；且C、Si、O元素均匀分布在SiO2/C复合材料中。由图3可知，原位制备的CNTs均匀分布在SiO2/C基体上，且颗粒与颗粒之间通过CNTs相互连结，形成三维导电网络，为后续离子和电子的传输提供了有效通道。

        当SiO2/C/CNTs复合材料做电极材料，制备成半电池，测试其电化学性能时，发现复合材料以0.05 A g-1电流密度循环，首次放电/充电比容量分别高达1267.2 mA h g-1和826.1 mA h g-1，首次库伦效率为65.2%；充放电循环100圈后，仍能保持502.3 mA h g-1的比容量，具有高的储锂容量和良好的循环稳定性。除此之外，SiO2/C/CNTs复合材料还具有很好的大电流长循环寿命，以1 A g-1大电流密度循环1000圈，仍可获得315.7 mA h g-1的比容量。其电化学性能的突出改善，主要归功于负载CNTs所形成的三维导电网络，其不仅为离子和电子的快速传输提供了通道、缩短了路径，还使得复合材料的结构更加稳定，减轻了体积膨胀对电极材料的影响。

论文的**作者是2015级硕士生王思琪

相关研究成果*近刊登在Applied Surface Science, 433 (2018) 428–436上，

文章题目：In-situ grown CNTs modified SiO2/C composites as anode with improved cycling stability and rate capability for lithium storage