無定形碳-碳納米管的制備及性能研究

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1、無定形碳-碳納米管的制備及性能研究無定形碳-碳納米管的制備及性能研究無定形碳-碳納米管的制備及性能研究無定形碳-碳納米管的制備及性能研究無定形碳-碳納米管的制備及性能研究無定形碳-碳納米管的制備及性能研究第39卷第7期2011年7月化工新型材料NEWCHEMICALMA_TERIALSVo1.39No.7?59?新型鋰電池負極復(fù)合材料硅/無定形碳/碳納米管的制備及性能研究周志斌許云華劉文剛欒振興牛立斌(西安建筑科技大學(xué)材料學(xué)院,西安710055)摘要通過高溫裂解蔗糖混合納米硅和碳納米管,得到硅/無定形碳/碳納米管

2、復(fù)合材料.實驗結(jié)果表明,復(fù)合材料的首次放電容量高達1315.4mAh/g,首次充放電效率為72.4%,經(jīng)過20次充放電循環(huán)后可逆容量仍高達830.5mAh/g.具有良好彈性的碳納米管組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使復(fù)合材料能保持較好的形貌,而碳納米管優(yōu)良的導(dǎo)電性可以使更多的硅在充放電過程中保持活性.關(guān)鍵詞硅,無定形碳,碳納米管,負極材料Highcapacitycompositeanodematerialofsilicon/disorderedcarb0n/carb0nnanotubesforLi-ionbatteriesZhou

3、ZhibinXuYunhuaLiuWengangLuanZhenxingNiuLibin(DepartmentofMaterials,Xi’anUniversityofArchitectureandTechnology,Xi’an710055)AbstractThecompositesofsi1icon/disorderedcarbon/carbonnanotubeswerepreparedbypyrolyzingsugarmixedwithsiliconandcarbonnanotubes.Thiscompos

4、iteshowedadischargecapacityof1315.4mAh/ginthefirstcycle,andtheefficiencyoffirstdischarge—chargecycleofthecompositewas72.4,areversiblecapacityof830.5mAh/gwasretainedafter20discharge-chargecycles.Thenetworkstructureformedbythecarbonnanotubespossessingexcellentr

5、esiliencycouldkeepmorphologystabilityofthecomposite,andthedistinctelectricconductivityofcarbonnanotubescouldkeepmoresiliconbeactiveduringthedischarge-chargecycles.Keywordssilicon,disorderedcarbon,carbonnanotube,anodematerial研究表明,硅/碳復(fù)合材料作為鋰離子電池負極材料,可以合并碳(循環(huán)性能好

6、)和硅(嵌鋰容量高)的優(yōu)點,復(fù)合材料既有較高的容量又有較好的循環(huán)性能l_1].但目前報道的硅/碳復(fù)合材料仍存在著首次充放電效率低的問題,且復(fù)合材料的循環(huán)性能仍不能達到商業(yè)化應(yīng)用的要求.碳納米管作為一種新型的材料由于具有一些獨特的性能,被廣泛用作鋰離子電池負極材料進行研究,但目前的研究表明碳納米管單獨作為負極材料,存在著首次不可逆容量高的問題[6].但是把碳納米管和其它負極材料進行復(fù)合,卻可以使碳納米管優(yōu)良的性能得到充分利用,在硅/石墨碳復(fù)合材料中加入碳納米管后[7],材料的循環(huán)性能得到明顯改善,經(jīng)過2O次循環(huán)后,

7、可逆容量仍保持在584mAh/g,遠高于硅/石墨碳復(fù)合材料的218mAh/g.本研究小組曾用酚醛樹脂作為碳源制備的硅/無定形碳復(fù)合材料中加入碳納米管后_8],經(jīng)過2O次循環(huán)后可逆容量仍高達711mAh/g,然而首次充放電效率仍比較低.通過蔗糖制備得到的無定形碳與酚醛樹脂碳相比,具有更高的嵌鋰容量[9],本研究通過高溫裂解蔗糖得到硅/無定形碳/碳納米管復(fù)合材料,以期得到更高的比容量和更好的循環(huán)性能,而且使復(fù)合材料首次的充放電效率也能得到一定的提高.作者簡介:周志斌(1973一),男,博士,主要研究方向:鋰離子電池負

8、極材料.1實驗部分1.1材料制備1.6g蔗糖溶于40mL乙酸乙酯中,0.35g納米硅(粒度80nm左右)和0.3g碳納米管(直徑3O～50nm,長度1m左右)分別溶于20mL乙酸乙酯中后用超聲波分散1h后加入到蔗糖溶液中機械攪拌,直到溶液成粘稠狀后放入真空干燥箱中,6O℃下干燥12h,然后放人管式爐中,通人氬氣保護,氬氣流速400mL/min,以1O℃/min的速度升溫到