本文对锂水合氢电池中硅碳负极钱的十亿分之一公尺建筑风格、三个一组调和的掺杂改性及其电神秘的使不同机能,专注的是探究差数改性办法对硅碳负极钱的电神秘的使不同机能的撞击,以找到绝对地优良的硅碳负极改性办法.度过比例我们的撞见,在已被探究的杂多的硅碳负极钱中,经过敷用十亿分之一公尺建筑风格、杂原子掺杂并且三个一组复合的办法罐头明显升降机硅碳负极钱的电神秘的使不同机能.不可更改的对硅碳负极钱开展状态停止了简洁的剖析,并对探究远景停止了遥瞩。

跟随活力技术的恢复的,在电子流行音乐中、可再生活力零碎和电动车辆,符合一天天地增长的活力需求越来越极力主张的.锂水合氢电池因其具有较高的最大限度的和稳固的流通年龄,被以为符合的携带式电子设备、电动及混合动力汽车一天天地吹捧的活力需求的时新电源[1-4].在差数负极钱中,硅的观点比最大限度的(高达4 200 mA·h G-1是引渡碳负电极观点的比最大限度的 mA·h G-1的10倍,这惹起了极大的关怀,硅的锂电位较低(<0.5) V 与 li/li )使锂水合氢电池管辖的范围高的的功率[5],鉴于硅负极导电率低,容量膨大死亡,硅颗粒的破损和使碎裂,由于迅速的钱的亏耗和严重的的电天脉传奇致使了减速的动力学机能和要点摘录的流通年龄,像这样,硅阳极钱在锂电池正中鹄的敷用、十亿分之一公尺线、十亿分之一公尺棒、十亿分之一公尺片、多孔、蛀牙或带防护涂层的封装硅颗粒等硅十亿分之一公尺建筑风格通常敷用于硅基负极钱的更妥建筑风格和紧张机能建筑风格[7-8].并且,准备任务这些十亿分之一公尺建筑风格的办法(如气-液-固法,磁控飞溅和神秘的使不同气相沉降法)都有技术复杂和移动多等缺陷[9-10].导致和多孔碳因在锂化程序中容量使不同绝对较小(如导致的容量膨大率仅为)且具有良好的流通稳固性和电导率而变为极具潜力的负极钱.与硅钱比拟,碳钱具有使巩固的机能,它们可以形影不离的好友联合收割机跟在后面,因而碳钱顺理成章地被选为用于疏散硅颗粒的衬底钱(即疏散搬运器)[11-12].经过硅碳复合,锂水合氢电池可以管辖的范围高的的比最大限度的、胜过的电导性和流通稳固性 [13].

本文分解了杂多的硅碳复合阳极钱。、建筑风格与电神秘的使不同机能,综述了硅碳负极钱的探究状态.

1  硅碳负极钱的分解

气相沉降法法

气相沉降法法包含神秘的使不同气相沉降法法(CVD)和物质的气相沉降法法(PVD).CVD是一种用于小题大做高品质、高机能固体的钱的神秘的使不同程序,这种办法通常敷用于半导体场区的薄膜工厂。,它可以用来工厂薄膜和涂层。pvd是Mate的转变,和再解释凝聚态薄膜的任一程序.最通俗的的PVD程序是飞溅和挥发.PVD经用于创造具有机械、光学、具有神秘的使不同或电机能的薄膜 [14].

低温固相分解

低温固相分解是一种在低温(1 000~1 500 ℃ )下,经过固体的交界面天脉传奇、反动、成核和晶体成长反动优美的体型浓厚的的复合氧化的办法.低温固相分解应是准备任务硅碳复合钱一种经用办法,为了阻止没有生气相硅碳的形式,反动体温通常把持在1200。 ℃ [15]。在反动程序中,温升速率、反动原本物的选择和反动体温的海拔将正好撞击钱的建筑风格和机能.低温固相分解技术因技术简略,技术参量照顾把持,它具有良好的重现性,被外延的敷用。

机械金属元素化

与低温硬度分解相反,机械金属元素化准备任务的钱通常极小量较小。,更大的比在表面任务积和更等式的棉纸[16].机械金属元素化是一种硬度粉末操作技术,关涉反复冷压接、高能球磨中混合粉末颗粒的破损和再焊,一种管辖的范围等式钱的办法,已被证实能从混合元素或预金属元素粉末中分解杂多的均衡和非均衡金属元素相[17].

静止的纺丝

静止的纺丝是一种使用静止的来放射多聚物喝酒或多聚物的充电单主食的主食小题大做办法,其直径普通为几百十亿分之一公尺.静止的纺丝技术引信了电火焰喷镀和引渡的喝酒干法纺丝主食的优点[18].该程序用不着敷用神秘的使不同凝结或低温来从喝酒中发生纺丝,这使得该技术特殊符合的小题大做主食 [19-20].静止的纺丝技术是可使用杂多的钱准备任务十亿分之一公尺主食的一种低成本、简略程序的普通办法,改善的同一中心的静止的纺丝技术可以准备任务十亿分之一公尺管和钴

2  硅碳负极钱

十亿分之一公尺碳钱因其怪人的机能而从事外延的的敷用远景。,包含轻质建筑风格、电子、活力、环保、药物等王国[22-23].十亿分之一公尺钱的物质的和神秘的使不同机能差数于普通钱甚至更优于普通钱,这些优良的机能通常由钱棉纸的微建筑风格确定[24-25].碳钱因其良好的机械特点,高电导性和神秘的使不同稳固性,最近几年中,无约束的探究越来越受到珍视。,十亿分之一公尺线、十亿分之一公尺主食、十亿分之一公尺管、硅碳十亿分之一公尺建筑风格,如十亿分之一公尺球,经用于锂中。

硅碳十亿分之一公尺线

十亿分之一公尺线是一种十亿分之一公尺敷用,工业界化十亿分之一公尺线,直径在50到10私下 十亿分之一公尺[26]。图1显示了碳硅芯SHE的扫描电子显微镜形貌。 将非晶硅包覆在碳十亿分之一公尺线上准备任务的碳硅核壳十亿分之一公尺线钱[27]作为高功率和长年龄锂电池负极的最大限度的可达2 000 mA·h G-1具有良好的流通年龄。

图1 碳硅核壳十亿分之一公尺线的扫描电子显微镜形貌[27

 SEM image of C-Si NWs after 5 cycles [27]

钱的初始库仑性能为90%。,后续流通的库仑性能仍高达98%~1。,等式、极其的碳涂层可减轻硅酮的膨大。 催化开发的碳十亿分之一公尺主食(CNFs)的敷用曾经有十几年.碳十亿分之一公尺主食曾经工业界化,它有大好的机械量级,高热传导系数[28,29].混合十亿分之一公尺建筑风格Si/CNFs负极在比最大限度的和流通年龄小眼面直接行动优胜的机能.碳十亿分之一公尺主食不光陈设了良好的家族/应力懈怠层,它还陈设电子狂喜击出平直球[30-31

硅碳十亿分之一公尺主食

Shu以及其他人[32]用神秘的使不同气相沉降法办法准备任务了空心CNFS/Si复合钱。,所得的负极钱具有优良的倍率特点.在0.6 C下,CNFS/Si电极的初始放电/充电最大限度的为1 197.8和94 mA·h g-1,20个流通后的可逆性充电最大限度的为733。 mA·h g-1,其最大限度的抚养率与负极钱俱高。,它不光在硅颗粒私下陈设导电桥和集流器。,它还起到缓冲功能,压制硅颗粒的容量膨大。

图2 纯硅与CNFS/Si流通电极建筑风格的关系上地

 Comparison of pure Si and CNFs/Si electrodes before and after 周期[32]

硅碳十亿分之一公尺管

年来,非常探究热点都集合在由于碳十亿分之一公尺管的锂电池负极钱的准备任务上[33].以前就含碳十亿分之一公尺管的硅负极钱的探究次要集合在经过简略的机械混合、硅钱上碳十亿分之一公尺管的开发、碳十亿分之一公尺管在表面任务硅原子的植入或许在碳十亿分之一公尺管薄膜上沉降法硅以形式Si/CNT薄膜等来使硅与碳十亿分之一公尺管外在表面任务发生电子衔接.除了,鉴于硅颗粒散布不等式,碳十亿分之一公尺管的限度局限效应不梦想。,使硅在十亿分之一公尺阻止得分内并没有收到碳十亿分之一公尺管网的十足约束[34].Zhao等[35]采取CVD法静止位置分解了一种硅/无定形碳十亿分之一公尺管核壳复合负极钱(Si/ACNT).在100 mA g-1下,电极最大限度的可达1496 mA·h g-1,300次流通后抚养80%的最大限度的,具有良好的流通稳固性。

图 3 差数大量Si/Acnt复合钱的异体同形电镜图[35

 TEM images of different microstructure size of the Si/ACNT composite [35]

硅碳十亿分之一公尺球

碳十亿分之一公尺球由导致建筑风格中散布不延续的塑料制品态导致层结合[36].鉴于碳十亿分之一公尺球具有高比在表面任务积,良好的神秘的使不同和热稳固性,可用于准备任务高量级、高密度的碳/碳复合钱。、高效液相色谱柱、高比在表面任务积的迅速的炭钱、锂电池正电极钱及附近高机能碳钱,可反复敷用[37-38]

图4  神秘的使不同复原后及未停止神秘的使不同复原的差数大量下的Si/C复合钱的TEM图[39]

 TEM images of different microstructure size of Si/carbon nanospheres composite [39]

周等。[39]用简略神秘的使不同办法准备任务硅/碳十亿分之一公尺球,硅颗粒被非晶态涂碳层,像这样,压制了原始硅的逐渐增加。,松弛了硅在流通程序中宏大的容量膨大.在200 mA g-1下,钱的初始可逆性最大限度的为888.6。 mA·h G-1。50次流通后,电极的充电最大限度的仍为610。 mA·h G-1。在立陶宛的程序中,硅碳微球能无效缓冲容量膨大/SHRI,具有良好的电神秘的使不同机能和流通稳固性

3  掺杂型硅碳负极钱

在掺杂型硅碳负极钱中,硅和碳形影不离的好友联合收割机,形式稳固、等式的系统。,硅原子作为电神秘的使不同反动的迅速的中心,碳原子被用作岩化的搬运器。,碳搬运器也可用作电子表达大街和SUP。

氮掺杂硅/碳阳极钱

氮掺杂缺陷,氮掺杂碳具有高电导性和电神秘的使不同迅速的。,并有助于交界面中锂水合氢的表达[40].氮掺杂层可以阻止电极钱与由电解产生的的正好天脉传奇且可预付复合钱和锂水合氢在电极和由电解产生的交界面上表达速率[41].氮掺杂的碳涂层在助长和抚养稳固的SEI层中陈设了任一无效的电子表达道路,助长锂的去水合氢 [42]。并且,探究撞见掺杂氮的碳涂层比原始碳涂层从事高的的电导性和锂水合氢迁移率比[43-44].

Shen等[45]将用水合氢气体辅佐准备任务的硅@氮掺杂碳(Si@NC)十亿分之一公尺颗粒与硅@碳(硅@C)十亿分之一公尺颗粒停止关系上地.在420 mA g-1下,100次流通后,准备任务的Si@Nc复合钱具有很高的可逆性性。,约为725 mA·h g-1,用异体同形办法准备任务的硅@C钱的两倍(360) mA·h G-1。这种钱的电神秘的使不同机能的更妥得益于,更要紧的是,氮被掺杂到碳壳中。包衣硝酰,锂水合氢程序中容量膨大发生的应力也艾伦的。

图5 差数扩散流密度,Si@N-C时、硅@C和Si十亿分之一公尺颗粒的流通特点 [45].

 Cycling performance and rate capability of Si@n-掺杂 carbon, 硅@C and Si nanoparticles at different current density [45]

硅/碳/导致阳极钱

硅阳极钱的最大缺陷是富锂时,其容量膨大率高达300%[46].增加硅容量膨大效应,并充分使用硅干舷可逆性最大限度的的一种办法是将导致与其联合收割机[47].导致因其良好稳固性、低成本、低任务使紧张等优点已变为N的梦想选择。、碳和硅复合钱可陈设给人印象深刻的的可逆性最大限度的,能无效蒸发负钱的容量膨大[49

Wang等[50]经过喷雾干燥自装配法将热解碳和自然导致(NG)包覆在亚微米硅片上成准备任务了Si/C@NGs复合钱.该钱的初始昆仑性能高达,在0.1 A 在100个G-1流通继后,1524.0依然在 mAh G-1的最大限度的抚养,与纯硅比拟,这种斜击建筑风格的钱,充放电程序中硅的容量膨大是无效的

图6 自然导致颗粒、Si / 圣含锗的、金刚砂 / C@Ngs和Si / C@Ngs复合钱节扫描电子显微镜图 [50].

 SEM images of NG particles, Si/圣含锗的 composite, Si/C@NGs composite after carbonization and cross profile of Si/C@NGs composite, 拆移为[50]

硅/碳/导致烯阳极钱

最近几年中,导致烯具有很高的电导性。、高量级、神秘的使不同稳固性高、干舷比在表面任务积和吐艳多孔建筑风格,锂电池电极钱容量使不同的伸缩性约束,被以为是最希望的碳钱[51]。由于它的事业很大、高电导性和良好的放电最大限度的,导致烯可以更妥硅基复合钱的电神秘的使不同机能。,预付了高扩散流密度下的流通稳固性,它是一种有引力的碳钱。

Pan等]采取工业界传播的喷雾干燥法和随后的煅烧技术准备任务了硅@碳@导致烯球状微建筑风格复合钱(硅@C@RGO).碳壳和伸缩性导致烯的联合收割机可无效预付复合钱的电导率,它还可以相称硅在 mA 低扩散流密度时的G-1,这种钱的初始可逆性性为1。 599 mA·h g-1,当200 mA G-1度过屡次流通后的最大限度的抚养率与G俱高。,更加在2 000 mA 高扩散流密度时的G-1,硅@C@RGO负极也仍有951 mA·h G-1的高可逆性比最大限度的。探究工程,导致烯是一种无效的缓冲元件,可以阻止,且可极大地预付锂电池的可逆性最大限度的、流通稳固性和速率特点[55

图7  硅@C和硅@C@RGO复合钱电神秘的使不同机能关系上地 [54]

 Comparision of the electrochemical performance of 硅@C and 硅@C@RGO composite [54]

4  展  望

普通来说,对硅碳负极钱的探究次要是反击高的充其量的密度、充放电机能高的、高的流通稳固性和高的保安的锂水合氢电池小眼面的开展.在表面任务涂覆改性是电极钱准备任务的根本技术,可以预付钱的操作机能,预付由电解产生的的坚持的性,蒸发不可逆性电容,预付初始库仑性能。预付比率和流通机能、十亿分之一公尺钱经过改性或喷雾干燥停止改性,预付电子和水合氢的表达速率以更妥钱的电导性和稳固性.具有良好的机械易被说服的、高电导率和神秘的使不同稳固性的碳钱在锂水合氢电池硅碳负极钱的开展中具有宏大的潜力.并且,关于锂水合氢电池硅碳负极钱脱嵌锂机械化的探究,与硅碳坚持的的使结合和由电解产生的的探究,也到达50年的探究热点

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