基于水凝胶衍生的硅/碳纳米管/石墨烯纳米复合材料及储锂性能

安惠芳 姜莉 李峰 吴平 朱晓舒 魏少华 周益明

引用本文: 安惠芳, 姜莉, 李峰, 吴平, 朱晓舒, 魏少华, 周益明. 基于水凝胶衍生的硅/碳纳米管/石墨烯纳米复合材料及储锂性能[J]. 物理化学学报, 2020, 36(7): 190503. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905034 shu
Citation:  An Huifang, Jiang Li, Li Feng, Wu Ping, Zhu Xiaoshu, Wei Shaohua, Zhou Yiming. Hydrogel-Derived Three-Dimensional Porous Si-CNT@G Nanocomposite with High-Performance Lithium Storage[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2020, 36(7): 190503. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905034 shu

基于水凝胶衍生的硅/碳纳米管/石墨烯纳米复合材料及储锂性能

    通讯作者: Emails: zjwuping@njnu.edu.cn (P.W.); Emails: zhouyiming@njnu.edu.cn (Y.Z.)
  • 基金项目:

    江苏省产学研前瞻性研究项目(BY2013001-01), 国家自然科学基金(51401110)及江苏省重点研发计划(BE2015069)资助

摘要: 通过氧化石墨烯(GO)和壳聚糖(Cs)之间的氢键以及静电作用形成GO水凝胶,从而将纳米硅颗粒和碳纳米管(CNT)原位包封于其中,再经冷冻干燥及随后的热处理制得三维硅/碳纳米管/石墨烯(Si-CNT@G)纳米复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)等技术对制得样品的物相、结构和微观形貌等进行了表征。结果表明,所得复合材料在CNT纵横交织的石墨烯网络中,均匀地分布着纳米硅颗粒。当作为锂离子电池的负极材料时,在两种碳介质的协同作用下,有效缓冲硅材料在充放电过程中脱/嵌锂引起的体积变化,缩短了锂离子和电子传输的距离,Si-CNT@G复合材料表现出较好的循环稳定性以及倍率性能。在500 mA·g−1的充放电电流密度下,经过200圈循环后,其放电比容量仍高达673.7 mAh·g1,容量保持率高达97%;即使将充放电电流密度升至2000 mA·g1时,该复合材料仍保持有566.9 mAh·g1的高可逆放电比容量。独特的制备方法和优越的储锂性能,使得Si-CNT@G纳米复合材料成为理想的高性能锂离子电池负极材料的候选.

English

    1. [1]

      Bruce, P. G.; Scrosati, B.; Tarascon, J. M. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 2930. doi: 10.1002/anie.200702505

    2. [2]

      杜进, 林宁, 钱逸泰.化学学报, 2017, 75, 147. doi: 10.6023/A16100548Qian, J.; Lin, N.; Qian, Y. T. Acta Chim. Sin. 2017, 75, 147. doi: 10.6023/A16100548

    3. [3]

      Li, J. Y.; Xu, Q.; Li, G.; Yin, Y. X.; Wan, L. J.; Guo, Y. G. Mater. Chem. Front. 2017, 1, 1691. doi: 10.1039/C6QM00302H

    4. [4]

      Liu, D.; Zhao, Y.; Tan, R.; Tian, L. L.; Liu, Y. D.; Chen, H. B.; Pan, F. Nano Energy 2017, 36, 206. doi: 10.1016/j.nanoen.2017.04.043

    5. [5]

      孔丽娟, 周晓燕, 范塞英, 李在均, 顾志国.化学学报, 2016, 74, 620. doi: 10.6023/A16010060Kong, L. J.; Zhou, X. Y.; Fan, S. Y.; Li, Z. J.; Gu, Z. G. Acta Chim. Sin. 2016, 74, 620. doi: 10.6023/A16010060

    6. [6]

      Wu, H.; Cui, Y. Nano Today 2012, 7, 414. doi: 10.1016/j.nantod. 2012.08.004

    7. [7]

      Sun, Y. M.; Lopez, J.; Lee, H. W.; Liu, N.; Zheng, G. Y.; Wu, C. L.; Sun, J.; Liu, W.; Chung, J. W.; Bao, Z. N. Adv. Mater. 2016, 28, 2455. doi: 10.1002/adma.201504723

    8. [8]

      Xu, R. T.; Wang, G.; Zhou, T. F.; Zhang, Q.; Cong, H. P.; Xin, S.; Rao, J.; Zhang, C. F.; Liu, Y. K.; Guo, Z. P. Nano Energy 2017, 39, 253. doi: 10.1016/j.nanoen.2017.07.007

    9. [9]

      Shi, Q. R.; Cha, Y.; Song, Y.; Lee, J. I.; Zhu, C. Z.; Li, X. Y.; Song, M. K.; Du, D.; Lin, Y. H. Nanoscale 2016, 8, 15414. doi: 10.1039/C6NR04770J

    10. [10]

      Wei, L. M.; Hou, Z. Y.; Wei, H. Electrochim. Acta 2017, 229, 445. doi: 10.1016/j.electacta.2017.01.173

    11. [11]

      Zhou, M.; Li, X. L.; Wang, B.; Zhang, Y. B.; Ning, J.; Xiao, Z. C.; Zhang, X. H.; Zhi, L. J. Nano Lett. 2015, 15, 6222. doi: 10.1021/acs.nanolett.5b02697

    12. [12]

      Wu, P.; Wang, H.; Tang, Y. W.; Zhou, Y. M.; Lu, T. H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 3546. doi: 10.1021/am405725u

    13. [13]

      Zhou, X. S.; Yin, Y. X.; Cao, A. M.; Wan, L. J.; Guo, Y. G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 2824. doi: 10.1021/am3005576

    14. [14]

      Feng, K.; Ahn, W.; Lui, G.; Park, H. W.; Kashkooli, A. G.; Jiang, G. P.; Wang, X. L.; Xiao, X. C.; Chen, Z. W. Nano Energy 2016, 19, 187. doi: 10.1016/j.nanoen.2015.10.025

    15. [15]

      Tao, H. C.; Xiong, L. Y.; Zhu, S. C.; Zhang, L. L.; Yang, X. L. J. Electroanal. Chem. 2017, 797, 16. doi: 10.1016/j.jelechem.2017.05.010

    16. [16]

      Yang, Y.; Li, J. Q.; Chen, D. Q.; Fu, T.; Sun, D.; Zhao, J. B. ChemElectroChem 2016, 3, 757. doi: 10.1002/celc.201600012

    17. [17]

      Zhou, X. S.; Cao, A. M.; Wan, L. J.; Wan, L. J.; Guo, Y. G. Nano Res. 2012, 5, 845. doi: 10.1007/s12274-012-0268-4

    18. [18]

      Chen, J.; Yao, B. W.; Li, C.; Shi, G. Q. Carbon 2013, 64, 225. doi: 10.1016/j.carbon.2013.07.055

    19. [19]

      Hummers, B. W. J.; Offeman R. E. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 1339. doi: 10.1021/ja01539a017

    20. [20]

      Han, D. L.; Yan, L. F. ACS Sustainable Chem. Eng. 2013, 2, 296. doi: 10.1021/sc400352a

    21. [21]

      Bai, X. J.; Yu, Y. Y.; Kung, H. H.; Wang, B.; Jiang, J. M. J. Power Sources 2016, 306, 42. doi: 10.1016/j.jpowsour.2015.11.102

    22. [22]

      Li, Q. L.; Chen, D. Q.; Li, K.; Wang, J.; Zhao, J. B. Electrochim. Acta 2016, 202, 140. doi: 10.1016/j.electacta.2016.04.019

    23. [23]

      Su, J.; Zhao, J.; Li, L.; Zhang, C.; Chen, C.; Huang, T.; Yu, A. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 17807. doi: 10.1021/acsami.6b16644

    24. [24]

      Ren, Y.; Zhou, X.; Zhou, H.; Yang, J.; Chen, S.; Wu, L.; Nie, Y.; Wang, B. Chem. Eng. J. 2017, 328, 691. doi: 10.1016/j.cej.2017.07.040

    25. [25]

      Xu, T.; Wang, D.; Qiu, P.; Zhang, J.; Wang, Q.; Xia, B.; Xie, X. Nanoscale 2018, 10, 16638. doi: 10.1039/c8nr04587a

    26. [26]

      Chen, Z.; To, J. W. F.; Wang, C. Lu, Z. D.; Liu, N.; Chortos, A.; Pan, L. J.; Wei, F.; Cui, Y.; Bao, Z. N. Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1400207. doi: 10.1002/aenm.201400207

    27. [27]

      Shim, H. C.; Kim, I.; Woo, C. S.; Lee, H. J.; Hyun, S. Nanoscale 2017, 9, 4713. doi: 10.1039/C7NR00965H

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  • 发布日期:  2020-07-15
  • 收稿日期:  2019-05-08
  • 接受日期:  2019-06-25
  • 修回日期:  2019-06-24
  • 网络出版日期:  2019-07-01
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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