Si/MoS2/g復合材料的制備及儲鋰性能研究

蔡明源,李 超,張麗聘,姚振東,張晶晶,范美強

(中國計量大學 材料與化學學院,浙江 杭州 310018)

鋰離子電池具有能量密度高、輸出電壓高、自放電低、工作壽命長等優點,目前已成為便攜設備和移動交通等領域首選的供電方式[1-4]。石墨因其廉價和高穩定性而被廣泛應用于鋰離子電池負極材料。然而,其較低的理論比容量(372 mAh·g-1)限制了鋰離子電池儲能密度的進一步提高[5-6]。Si具有極高的理論比容量(4 200 mAh·g-1),被認為是最有潛力的新型鋰離子電池負極材料之一。但是,Si在充放電過程中會產生巨大的體積膨脹(約300%),從而導致活性物質粉化并從電極表面脫落,使得電池的容量急劇衰減。此外,Si在常溫條件下的電導率較低,這也限制了其理論比容量的發揮。巨大的體積膨脹和低電導率這兩個主要缺點限制了Si在鋰離子電池中的應用[7-9]。

為改善Si的循環穩定性,通常采用納米化、結構化和合金化等一種或多種方法進行改性[5]。納米Si由于具有極小的體積,在合金化之后的絕對體積膨脹較小。因此,構建特殊的納米結構,如納米線、納米管、納米片、納米介孔材料等,可以使材料具有合適的空隙,從而有效緩解材料的體積膨脹,提高循環性能[10-12]。Li等[13]利用低溫熔融鹽法合成了穩定結構的納米空心Si,電化學測試表明在5 A·g-1的電流密度下循環1 200次仍有538.8 mAh·g-1的可逆比容量。合金化改性無論是采用能與Li形成合金的活性元素(如Mg、Al、Sn、Ge等)[14-17],還是其它不能與Li形成合金的惰性元素(如Ni、Fe、Cu等)[18-20],都能夠起到緩解單一物質嵌鋰時的體積膨脹,改善電極材料的性能。……