无定形碳-碳纳米管的制备及性能研究

《 无定形碳-碳纳米管的制备及性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、无定形碳-碳纳米管的制备及性能研究无定形碳-碳纳米管的制备及性能研究无定形碳-碳纳米管的制备及性能研究无定形碳-碳纳米管的制备及性能研究无定形碳-碳纳米管的制备及性能研究无定形碳-碳纳米管的制备及性能研究第39卷第7期2011年7月化工新型材料NEWCHEMICALMA_TERIALSVo1.39No.7?59?新型锂电池负极复合材料硅/无定形碳/碳纳米管的制备及性能研究周志斌许云华刘文刚栾振兴牛立斌(西安建筑科技大学材料学院,西安710055)摘要通过高温裂解蔗糖混合纳米硅和碳纳米管,得到硅/无定形碳/碳纳米管

2、复合材料.实验结果表明,复合材料的首次放电容量高达1315.4mAh/g,首次充放电效率为72.4%,经过20次充放电循环后可逆容量仍高达830.5mAh/g.具有良好弹性的碳纳米管组成的网状结构使复合材料能保持较好的形貌,而碳纳米管优良的导电性可以使更多的硅在充放电过程中保持活性.关键词硅,无定形碳,碳纳米管,负极材料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/碳复合材料作为锂离子电池负极材料,可以合并碳(循环性能好

6、)和硅(嵌锂容量高)的优点,复合材料既有较高的容量又有较好的循环性能l_1].但目前报道的硅/碳复合材料仍存在着首次充放电效率低的问题,且复合材料的循环性能仍不能达到商业化应用的要求.碳纳米管作为一种新型的材料由于具有一些独特的性能,被广泛用作锂离子电池负极材料进行研究,但目前的研究表明碳纳米管单独作为负极材料,存在着首次不可逆容量高的问题[6].但是把碳纳米管和其它负极材料进行复合,却可以使碳纳米管优良的性能得到充分利用,在硅/石墨碳复合材料中加入碳纳米管后[7],材料的循环性能得到明显改善,经过2O次循环后,

7、可逆容量仍保持在584mAh/g,远高于硅/石墨碳复合材料的218mAh/g.本研究小组曾用酚醛树脂作为碳源制备的硅/无定形碳复合材料中加入碳纳米管后_8],经过2O次循环后可逆容量仍高达711mAh/g,然而首次充放电效率仍比较低.通过蔗糖制备得到的无定形碳与酚醛树脂碳相比,具有更高的嵌锂容量[9],本研究通过高温裂解蔗糖得到硅/无定形碳/碳纳米管复合材料,以期得到更高的比容量和更好的循环性能,而且使复合材料首次的充放电效率也能得到一定的提高.作者简介:周志斌(1973一),男,博士,主要研究方向:锂离子电池负

8、极材料.1实验部分1.1材料制备1.6g蔗糖溶于40mL乙酸乙酯中,0.35g纳米硅(粒度80nm左右)和0.3g碳纳米管(直径3O～50nm,长度1m左右)分别溶于20mL乙酸乙酯中后用超声波分散1h后加入到蔗糖溶液中机械搅拌,直到溶液成粘稠状后放入真空干燥箱中,6O℃下干燥12h,然后放人管式炉中,通人氩气保护,氩气流速400mL/min,以1O℃/min的速度升温到