锂离子电池硅纳米线负极材料研究
锂离子电池硅负极粘结剂的设计与应用研究
硅基负极材料具有高理论容量、低成本、环保等优点，成为新一代锂离子电 池的理想负极材料。然而，其在充放电过程中会发生体积膨胀，导致电极结构不 稳定，影响电池的循环寿命和性能。此外，硅基负极材料的机械性能较差，容易 碎裂和粉化，进一步降低了电池的性能。
针对这些问题，选择合适的粘结剂对于提高硅基负极材料的电化学性能和稳 定性至关重要。理想的硅基负极粘结剂应具备以下特点：
背景
传统的锂离子电池负极粘结剂主要包括聚合物和无机物两类。尽管这两类粘 结剂在一定程度上能够满足使用要求，但在硅基负极材料中，由于硅材料的高活 性以及体积效应，它们存在一些问题。例如，聚合物粘结剂在电极中易发生溶胀、 分解，而无机物粘结剂则存在制备困难、成本高等问题。因此，针对硅基负极的 特殊需求，新型粘结剂的设计和改性显得尤为重要。
二、不同类型的粘结剂及其在硅 基负极材料中的应用效果
目前，商业化锂离子电池中常用的粘结剂包括聚偏二氟乙烯（PVDF）、羧甲 基纤维素钠（CMC）等。这些粘结剂各有优缺点，适用于不同的应用场景。下面 我们将介绍几种常用的粘结剂及其在硅基负极材料中的应用效果。
1、聚偏二氟乙烯（PVDF）
PVDF是一种热塑性树脂，具有优异的机械性能、化学稳定性和电绝缘性能。 其在硅基负极材料中的应用主要通过将活性物质、导电剂和集流体粘合在一起， 提高电极的力学性能和稳定性。然而，PVDF的分子链较长，容易形成结晶结构， 影响离子的传输和电子的迁移。此外，PVDF的价格较高，限制了其在锂离子电池 中的应用。
参考内容
引言
随着电动汽车、移动设备等领域的快速发展，锂离子电池的需求不断增加。 硅基负极材料由于其高容量、低成本等优点而成为新一代锂离子电池的关键组成 部分。然而，硅基负极在充放电过程中存在体积效应，容易导致电极粉化、脱落 等问题，因此需要有效的粘结剂来提高其稳定性。本次演示旨在介绍锂离子电池 硅基负极用粘结剂的设计改性进展，以期为相关领域的研究提供参考。
锂离子电池硅碳复合负极材料的研究现状
后续热处理,制得 GSiWh 复合材料。 石墨具有很高的振实密
度、导电性和机械强度,小麦衍生的无定形碳改善了硅与石
墨之间的物理和电相互作用。 在 200 kV 加速电压下的透射
电子显微镜( TEM) 和高角环形暗场像( HAAD) 分析证实,与
相沉积法、溶胶-凝胶法、基质诱导凝固法、热解法、原位聚合
法和喷雾干燥法等。 这些技术制备的碳层可以缓冲硅的体
积膨胀,且无定型碳包覆层具有较大的比表面积,能在电极
与电解液之间提供更大的接触面积,加速 Li 的传输
+
Q. Xu 等
[11]
[10]
。
受西瓜形貌的启发,通过喷雾干燥和化学气
相沉积法( CVD) 工艺,合成 Si / C 复合材料。 首先,将硅纳米
颗粒( SiNPs) 与聚乙烯吡咯烷酮( PVP) 、葡萄糖和羧甲基纤
维素( CMC) 水溶液混合,超声波处理 2 h;再与片状石墨球磨
系人;
丰小华(1995-) ,男,山西人,郑州轻工业大学材料与化学工程学院硕士生,研究方向:化学电源材料;
张林森(1979-) ,男,河南人,郑州轻工业大学材料与化学工程学院教授,研究方向:化学电源材料;
陈 冰(2000-) ,女,河南人,郑州轻工业大学材料与化学工程学院本科生,研究方向:新能源材料与器件。
( School of Material and Chemical Engineering,Zhengzhou University of Light Industry,Zhengzhou,Henan 450002,China )
Abstract: Research progress in preparation method, structural characteristics and lithium storage performance was reviewed for
锂硅材料作为锂离子电池负极材料的优缺点分析
锂硅材料作为锂离子电池负极材料的优缺点分析锂硅材料作为锂离子电池的负极材料，是一种新兴的材料，目前已经引起了广泛的关注。
锂离子电池是一种常用的电力储备装置，也是现代科技推动发展的关键组成部分。
然而，由于传统锂离子电池负极材料的存在一些问题，诸如储能密度低、耗损快、安全性差等，锂硅材料作为一种新的负极材料，备受关注和期待。
一、锂硅材料的优点1. 储能密度高锂硅材料比传统的锂离子电池负极材料储能密度高，一个重量单位内能储存更多的电能，从而实现更高的能量密度。
现代社会生活对电池的储能密度越来越高的需求，锂硅材料的储能密度让人看到了更大的潜力。
2. 充电速度快锂硅材料的充电速度比传统的锂离子电池负极材料快很多，这意味着锂硅材料可以更快地充电，同时也可以更快地释放电能，这对于具有高频率循环需求的设备来说可以更好地满足需求。
3. 耐用性高锂硅材料在使用时比传统的锂离子电池负极材料更加耐用，可以更好地抵抗充电和放电时产生的应力，从而能够更长时间地工作。
这将有助于减少电池更换或维修的次数，减少使用成本，并有利于环境保护。
4. 更高的安全性锂硅材料安全较高，相比传统的锂离子电池负极材料更稳定。
锂硅材料不会像传统材料那样快速堆积锂离子，这减少了温度的上升。
因此，在充电和放电过程中，锂离子电池更加安全可靠。
5. 成本更低锂硅材料制造成本较低，相对于其他材料，以及其他制造成本，锂硅材料可以具有明显的优势。
这将对电池的成本和电子产品的售价产生积极影响。
二、锂硅材料的缺点1. 容量限制锂硅材料的储能密度和容量有限，无法满足某些高容量需求。
因此，在储能应用中，锂硅材料的应用受到了限制。
但是，随着技术的发展，人们预计锂硅材料在未来将能够越来越好地满足更高的储能需求。
2. 生产技术有限目前锂硅材料的制造技术还不够成熟，难以形成规模化生产过程，从而限制了锂硅材料的应用范围。
但是，人们相信随着科技的不断发展，生产技术也将能够不断进步。
纳米硅碳负极材料研究报告
纳米硅碳负极材料研究报告0 引言自 1991 年 SONY 公司以石油焦炭为负极材料将锂离子电池推向商业化以来，因其出色的循环寿命、较高工作电压、高能量密度等特性，锂离子电池一经推出就受到人们的广泛关注，迅速成为能源储存装置中的明星。
近年来，随着新能源交通工具(如 EV 和 HEV)的发展，对锂离子电池提出了更高的要求。
作为锂离子电池关键部分的负极材料需要具备在 Ii 的嵌入过程中自由能变化小，反应高度可逆;在负极材料的固态结构中有高的扩散率;具有良好的电导率;优良的热力学稳定性以及与电解质良好的相容胜等。
研究者们通过开发具有新颖纳米结构的碳材料和非碳材料，来提高作为锂离子电池负极的嵌铿性能。
然而，这些新颖的材料，如 Sn, Si, Fe、石墨烯、碳纳米管，等，虽然其理论嵌1铿容量较高(Sn 和 Si 的理论嵌铿容量分别为 994mAh/g 和 4 200 mAh/g ，但由于制备工艺相当复杂，成本较高，而且在充放电过程中存在较大的体积变化和不可逆容量。
因此，若将其进行商业化应用还需要解决许多问题。
锂离子电池具有高电压、高能量、循环寿命长、无记忆效应等众多优点，已经在消费电子、电动土具、医疗电子等领域获得了少’一泛应用。
在纯电动汽车、混合动力汽车、电动自行车、轨道交通、航空航天、船舶舰艇等交通领域逐步获得推少’一。
同时，锉离子电池在大规模可再生能源接入、电网调峰调频、分布式储能、家庭储能、数据中心备用电源、通讯基站、土业节能、绿色建筑等能源领域也显示了较好的应用前景1 不同负极材料的特点评述天然石墨有六方和菱形两种层状品体结构同，具有储量大、成本低、安全无毒等优点。
在锉离子电池中，天然石墨粉末的颗粒外表面反应活性不均匀，品粒粒度较大，在充放电过程中表面品体结构容易被破坏，存在表面 SEI 膜覆盖不均匀，导致初始库仑效率低、倍率性能不好等缺点。
为了解决这些问题，可以采用颗粒球形化、表面氧化、表面氟化、表面包覆软碳、硬碳材料以及其它方式的表面修饰和微结构调整等技术对天然石墨进行改性处理。
纳米硅负极
纳米硅负极纳米硅是一种晶体硅，具有高度的特殊性能和优异的成本效益，是一种全新的材料，在新能源领域有广阔的应用前景。
近年来，越来越多的研究表明，纳米硅在电池中作为负极材料有着很高的潜力。
本文将介绍纳米硅作为电池负极材料的相关研究进展和应用前景。
1. 纳米硅的特性纳米硅是硅的一种形态，具有小尺寸、高密度、可控性、表面活性等多种特性。
由于其小尺寸，纳米硅表面积大，能够提高电极与电解质之间的接触面积，从而提高电极反应速率。
此外，纳米硅还具有很高的比表面积，能够有效地提高材料吸附、承载和催化作用。
同时，纳米硅具有高度的可控性，可以调节纳米硅的形态和粒径大小，进一步改善其电化学性能。
2. 纳米硅作为电池负极的优势（1）高能量密度：纳米硅的理论比容量达到3579mAh/g，是石墨的10倍以上。
（2）高反应速率：纳米硅表面积大，可提高电极反应速率。
（3）长循环寿命：纳米硅独特的形态和结构，能够有效缓解其体积膨胀和收缩的问题，提高电极循环寿命。
（4）源料充足：硅资源充足，成本低廉。
（5）环保可持续：纳米硅材料适应绿色材料需求，可持续发展。
纳米硅作为电池负极材料已经引起了广泛关注，主要应用于锂离子电池、钠离子电池和锂硫电池等领域。
其中，锂离子电池是最广泛应用的领域之一。
（1）锂离子电池：纳米硅作为锂离子电池的负极材料，能够大大提高电极的比容量和能量密度，实现更高的能量输出和更长的循环寿命。
目前，国内外已有不少研究团队进行了相关研究，证实了纳米硅在锂离子电池中作为负极材料的可行性。
（2）钠离子电池：钠离子电池是一种新型的电池技术，与锂离子电池相比，其材料成本更低，也更环保。
纳米硅作为钠离子电池负极材料同样具备很高的应用潜力。
纳米硅对钠离子具有很强的储存能力，且可以实现高效的钠离子嵌入和脱出。
目前，纳米硅作为钠离子电池负极材料的研究尚处于初级阶段，但其在材料性能和应用前景上已经受到广泛关注。
（3）锂硫电池：锂硫电池是一种新型的高性能电池技术，具有高能量密度和低成本的特点。
硅基负极材料的研究进展
硅基负极材料的研究进展硅基负极材料具有理论比容量高等一系列优点，可以显著提高锂电池的能量密度。
但是，硅基负极材料在应用过程中也存在着体积膨胀严重等问题，严重阻碍了硅基负极材料在锂电池中的推广。
本文主要介绍了硅基负极材料的反应机理以及改进方法。
标签：硅基负极材料;储锂机理;改进锂离子电池兼有能量密度大、循环寿命长、工作电压高等优点，是最具有前景的储能技术之一。
目前，锂离子电池已经在便携式消费类电子产品领域实现广泛应用，同时也在电动汽车产业和电网储能产业等领域展现出巨大潜力。
随着便携式电子产品和电动车技术的迅猛发展，市场对高能量密度、长使用寿命、高安全性的锂离子电池的需求急剧增加，这使得开发高容量、高稳定性以及价格低廉的新型锂离子电池电极材料成为当前的研究重点。
锂离子电池性能的提升离不开对其正极、负极、隔膜和电解液四个主要部分的持续改进。
硅具有极高的理论容量（3579 m Ah g-1，接近商用石墨负极的十倍）、合适的工作电压、资源丰富、环境友好等优点，被视为很有希望的新一代锂离子电池负极材料。
因此，本文主要对硅基负极的反应机理及硅基负极的改进方法进行了综述。
1 硅基负极的储锂机理Li与Si可以形成Li12Si7、Li7Si3、Li13Si4、Li22Si5等合金相[1]。
其中，最高含锂相为Li22Si5，对应的Si作为储锂活性材料的最高理论容量为4200 mAh/g，是商用石墨负极材料理论容量（372 m Ah/g）的十倍以上。
Jeff Dahn等[2]深入探讨了硅基负极材料在锂化过程中的晶体结构变化，并揭示了晶體硅在常温下的锂合金过程具有逐步非晶化的特征，结果如图1所示。
2 改善硅基负极材料电化学性能的方法为解决硅基材料存在的以上问题，研究者们采取了多种技术手段对硅材料的结构进行大量的探索。
目前主要的研究方向包括：纳米硅材料和硅基复合材料。
2.1 纳米硅材料使用纳米Si基负极，可以降低充放电过程中材料体积的绝对膨胀，减小应力对材料结构以及电极结构的破坏，改善循环性能。
微米硅锂离子电池负极 advanced energy materials
微米硅锂离子电池负极advanced energy materials1. 引言1.1 概述在当今能源领域，锂离子电池作为一种高效的可再生能源储存设备，得到了广泛的应用和研究。
而其中的负极材料对电池性能具有重要影响。
近年来，硅作为负极材料备受关注，因其具有高容量和丰富资源的优点。
然而，硅在充放电过程中发生体积膨胀导致结构变形、容量衰减等问题限制了其应用。
1.2 文章结构本文将从以下几个方面进行讨论：首先，介绍微米硅作为锂离子电池负极材料相比其他形态硅的优势；接着探讨微米结构对电池性能的影响；随后概述目前在微米硅锂离子电池负极方面的研究进展；然后简要介绍Advanced Energy Materials期刊，并分析其在能源材料领域的影响力和贡献；接下来详细描述实验设计与方法论述部分包括实验样品制备、测试设备与技术选用说明以及数据分析与处理方法描述；然后展示实验结果与讨论，对微米硅锂离子电池负极性能测试结果进行分析并与已有研究成果进行比较和探讨；最后总结研究结果的贡献、存在的问题和不足之处，并提出未来的研究方向和展望。
1.3 目的本文旨在深入探讨微米硅作为锂离子电池负极材料的优势、微米结构对电池性能的影响以及该领域的现有研究进展。
同时，通过实验设计与方法论述以及结果与讨论部分，揭示微米硅锂离子电池负极的性能特点，并探索其在实际应用中可能存在的机理。
最后，为微米硅锂离子电池负极材料的进一步研究提供参考和指导。
2. 微米硅锂离子电池负极:2.1 硅作为负极材料的优势:微米硅材料在锂离子电池中作为负极材料具有许多优势。
首先，硅具有非常高的理论比容量（4200 mAh/g），远远高于传统碳负极材料（372 mAh/g）。
这意味着使用微米硅材料可以实现更高的能量密度，从而延长电池续航时间。
其次，硅对锂离子具有较高的扩散率和吸附速率，这使得充放电过程更加快速和有效。
此外，由于硅具有丰富的资源和低成本制备方法，采用微米硅作为负极材料也能够降低电池成本。
硅纳米线 锂电池负极
硅纳米线锂电池负极随着科技的进步和社会的发展，人们对于电池的需求逐渐增大，其中最为常见的一类电池便是锂电池。
而在锂电池的构成中，负极材料是至关重要的一部分，它直接影响到电池的性能和寿命。
硅纳米线作为一种新兴的材料，其在锂电池负极领域的应用愈来愈广泛，并且具有优良的性能和可持续性。
一、硅纳米线的性质硅纳米线是由硅原子组成的一种纳米材料，尺寸通常在10纳米至10微米之间。
它的特点是具有极高的比表面积、导电性能良好、硅骨架稳定、可逆性良好以及重量轻等。
这些优良的性质与硅金属的机械、热力学和电化学特性有关。
二、硅纳米线在锂电池中的应用由于硅纳米线具备优异的物理、化学和电学性质，因此它被广泛研究和应用于锂电池的负极中。
与传统负极材料相比，硅纳米线具有以下优点：1. 较高的存储容量硅纳米线具有较高的储存容量，其理论比电容达到4200mAh/g，比传统碳材料的理论比能达到近10倍。
2. 更高的导电率硅纳米线的导电率比传统负极材料高出许多，这使得其能够更快地将电能传递到正极。
3. 更好的循环性能由于硅纳米线具有良好的可逆性能，相较其他材料，其电池的使用寿命更长。
4. 稳定性较好硅纳米线负极在锂离子的嵌入和脱出过程中具有更高的稳定性，从而能够保证锂电池的长期稳定性。
三、硅纳米线在锂电池中的制备方法通过化学法、物理法和电化学方法等多种手段，可制备出不同尺寸、形状、结构和组成的硅纳米线。
其中，化学气相沉积法、溶胶-凝胶法和单体溶胶法等是目前应用较为广泛的制备方法。
四、硅纳米线锂电池的前景硅纳米线锂电池在能量密度、功率密度、寿命等方面具有优势并且是未来发展的方向之一。
硅纳米线锂电池能够克服锂离子电池的瓶颈限制，提高电池的性能和容量。
同时，硅纳米线锂电池还具有良好的可重复制和可规模化生产等优势。
总之，硅纳米线作为一种新兴的材料，在锂电池负极中的应用前景十分广阔。
尽管该技术还需要更多的改进和研究，但是它的优良性能和可持续性，将极大地推动电池技术的发展和革新，更好地满足人们对电力的需求，为人类的生产和生活带来更多的便利和舒适。
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锂离子电池硅纳米线负极材料研究.txt11生命是盛开的花朵，它绽放得美丽，舒展，绚丽多资；生命是精美的小诗，清新流畅，意蕴悠长；生命是优美的乐曲，音律和谐，宛转悠扬；生命是流淌的江河，奔流不息，滚滚向前本文由tabwol007贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。
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第 15 卷 1 期第 2009 年 2 月电化学ELECTROCHEM ISTRYVol 15 No. 1 . Feb. 2009锂离子电池硅纳米线负极材料研究傅焰鹏 , 陈慧鑫 , 杨勇3(厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室 , 化学化工学院化学系 , 福建厦门 , 361005 )采用涂膜法和直接生长成膜法分别制备两种硅纳米线电极 . XRD、 SEM 和充放电曲线表征、观察和摘要 :测定材料嵌锂状态过程的结构、形貌及电化学性能 . 与涂膜法相比 ,直接生长成膜法制备的硅纳米线电极具有较高的比容量、良好的循环寿命及较好的倍率性能 ; 直接生长成膜法制备的硅纳米线电极 ,其嵌锂过程硅由晶态逐渐转变为非晶态 ,且其纳米线直径逐渐增大 ,但线状结构仍保持完好 ,进而防止了电极粉化和脱落 .关键词 : ; 纳米线 ; 负极材料 ; 锂离子电池 ; 电化学性能 ; 涂膜法 ; 直接生长成膜法硅中图分类号 : TM911 文献标识码 : A 硅是目前发现的具有最高理论储锂容量的负极材料 ( 4200 mAh / g) , 其比容量远远高于石墨材料 ,但它的实际嵌锂量与电极上硅的尺寸、电极配方及充放电倍率等因素密切相关 . 同时 , 硅负极材料在高度嵌 /脱锂的条件下 , 还存在严重的体积效 [ 12 ] 4 应 (体积膨胀率 > 400% ) , 从而导致材料粉化和脱落 . 因此 ,近年来对硅负极材料的研究 ,主要集中在如何避免体积效应导致的电极循环性能衰 [ 52 ] 10 退 . 硅纳米线作为一维硅纳米材料的典型代表 ,与纳米颗粒材料不同 ,其电子的传输不必克服一连串纳米颗粒接触的界面势垒 ,而且这种一维结构也能有效的缓冲体积效应 ,因此该负极材料具有重要的潜在应用前景 ,但目前以硅纳米线作为锂离子电池 [ 11 2 ] 13 负极材料的研究还鲜有报道 . 此前作者已有硅纳米管嵌锂负极材料研究的 [ 14 ] 报道 ,本文应用化学气相沉积法制备硅纳米线 , 以此材料制备负极 (涂膜法和直接生长成膜法 ) 研究锂离子电池的特性及不同嵌锂负极的结构和形貌.中 ,在氢气气氛下 ,升温至 600 ℃,控温 2 h,使金膜熔聚成颗粒 ,降温至 480 ℃,再通入硅烷气 ,硅烷气和氢气流量分别为 5. 0 × 103 - 7m / s,时间 3 h,降至室温 , 制得附有大量黄色物质的硅片 . 刮下黄色硅纳米线 , 将活性物质 ( 1 mg) 、导电剂乙炔黑和粘结剂 PVDF (聚偏氟乙烯 ) 按 85 ∶∶ ( by mass) 混匀 , 球磨 3 h, 制成浆料 , 涂敷在 5 10Cu箔上 ,真空干燥制成极片 .直接生长成膜法 : 以不锈钢片 ( 304, 厚 0. 5 mm )为基底 ,按照上述步骤直接沉积硅纳米线 , 即得硅纳米线负极 . 将上述两种电极与金属锂片、 Cellgard2400 隔膜和 1 mol/L L iPF6 的 EC /DMC ( 1 ∶ by volum e ) 1, 电解液 , 在充满氩气的手套箱 ( MBRAUN Lab2 M ater100, Ger any)中组装 2025 扣式电池 . m1. 2 电极性能测试及仪器EA /MA 1110 元素分析仪 (意大利卡劳尔巴公司 )专用天平 (精度为±μg) 称量活性物质 , 平均 1 值 0. 5 mg . 使用 Autolab PGSTAT30 电化学工作站 (荷兰 ECO CHEM IE 公司 ) 测试循环伏安曲线 , 电压范1 实验1. 1 电极制备与电池组装涂膜法 : 将镀金膜 ( 10 nm ) 的硅片放入管式炉围 : 0. 01 ～ 2. 00 V , 扫描速率 0. 5 mV / s LAND . CT2001A 电池测试系统 (武汉金诺电子公司 )检测文章编号 : 1006 2 3471 (2009) 01 2 0056 2 063m / s和 1. 67 × 10- 7收稿日期 : 2008 2 2 修订日期 : 2008 2 2 3 通讯作者 , Tel: ( 86 2 ) 2185753, E2 08 20, 09 18 592 mail: yyang@ xmu. edu. cn 国家自然科学基金 (90606015, 29925310)资助第 1期傅焰鹏等 : 锂离子电池硅纳米线负极材料研究57电池充放电曲线 , 电压范围 0. 01 ～2. 0 V , 恒温 25 ℃.充放电曲线 . 从图看出 , 首次放电容量为 3125mAh / g,充电容量为 2170 mAh / g, 充放电效率为 70%. 第 2 圈循环放电容量下降为 2219 mAh / g,充1. 3 材料表征PANalytical X ’ Pert 型粉末 X 射线衍射仪 (荷兰 Philip s)观察形貌和表征结构 .2 结果与讨论2. 1 充放电特性线 . 从图看出 , 首次放电容量为 2177. 4 mAh / g, 充电容量为 1184. 8 mAh / g,充放电效率为 54. 4%. 而经 5 次循环放电后 ,容量仅为 211. 5 mAh / g . 图 2 a示出硅纳米线电极 (直接生长成膜法 )图硅纳米线电极 (涂膜法 ) C /20 充放电曲线 1Fig. 1 Galvanostatic charge2discharge curves for SiNW s( p repared by coating method ) at C /20 rate图硅纳米线电极 (直接生长成膜法 ) C /20 充放电循环性能曲线 ( a)和库仑效率曲线( b) 2Fig. 2 Galvanostatic charge2discharge curves for the SiNW s ( p repared by direct grow th method) at C /20 rate ( a ) , and thecapacity and coulombic efficiency as a function of cycle number ( b) 使用 LEO 2 1530 型扫描电子显微镜 (德国 ) 和图 1 是硅纳米线电极 (涂膜法 ) 的充放电曲电容量 2210 mAh / g, 充放电效率为 99. 5%. 接着 , 电池容量逐渐趋于稳定 ,循环 15 圈后 ,电池容量仍能保持在 2000 mAh / g. 嵌锂电压接近 0 V , 对应于L ix Si的形成 . 随后 , 嵌锂曲线电压平台逐渐消失 ,而出现倾斜曲线 . 这主要是因首次嵌锂 , 晶态硅逐渐转变为非晶态[ 15 ],此后硅始终呈现非晶态 , 脱嵌锂循环曲线基本重合 . 图 2b进一步示明以直接生长成膜法制备的硅纳米线电极具有良好的循环特性 ,容量保持率较优异 ,其充放电的库仑效率随充放电循环次数的增加而逐渐趋于平稳 , 第 2 次循环以后 , 库仑效率保持在 95%以上 . 直接生长成膜法制备的硅纳米线电极首次不可逆容量损失起因于电解液的分解并在材料表面形成的固体电解质膜( SE I) . 同时 , 硅纳米线表面存在大量的悬挂键 , 可形成 SiO2 钝化层 , 而 L i 会还原 SiO2 ,也损失了一部分容量 . 图 3 比较了硅纳米线电极的倍率 ( C /20, C /10 和 C /2 )放电性能 . 可以看出 ,随着充放电电流的增加 ,这种硅纳米线电极仍表现出较高的充放电容量 . 首次 C /2 放电容量可达 2300 mAh / g,是石墨电极理论比容量 ( 372 mAh / g L iC6 )的 6 倍 . 各倍率放电下 ,电极均展现出良好的循环寿命 .58电化学2. 3 锂嵌脱过程电极的结构2009 年图 5 示出硅纳米线电极 (直接生长成膜法 ) 分别在 0. 15、 10、 05、 01 V 电压下嵌锂的 XRD 0. 0. 0. 谱图 .3 图硅纳米线电极 (直接生长成膜法 ) 的倍率放电曲线 (C /20, C /10 and C /2)2. 2 循环伏安特性伏安曲线 . 如图 , 首次嵌锂过程 , 于电压为 0. 7 ～0. 5 V 处出现一小平阶的还原峰 , 这是由于电解液[ 16 ] 发生分解 , 并形成固体电解质膜 ( SE I膜 ) 产生的 ,此峰在后续循环过程消失 . 并在 0. 33 mV 附近出现了较缓慢下降弧线 , 对应着轻度嵌锂过程 ,0. 10 V 处呈现一强的还原峰 , 大量 L i 嵌入硅 . 在 0. 37 和 0. 51 V 分别出现两个氧化峰 , 可能是对应+于 L i2Si化合物的两个不同脱锂步骤 . 此两个氧化峰在后续循环一直存在 , 其峰电位几乎没有变化 , 这说明电极可逆性好 . 随着循环次数的增加电极峰电流明显增大 ,这类似于电池的化成过程 . 4 图硅纳米线电极 (直接生长成膜法 ) 的循环伏安曲线扫描速率 : 0. 5 mV / srect grow th method ) scan rate: 0. 5 mV / sFig. 3 Capacity2cycle number curves for SiNW s ( p reparedby direct growth method ) at C /20, C /10 and C /2 rate图 4 是硅纳米线电极 (直接生长成膜法 ) 循环图硅纳米线电极 (直接生长成膜法 ) 在不同电压嵌 5 锂的 XRD 谱图电压 : 0.15、 1、 05 和 0. 01 V 0. 0.角度单晶硅峰消失 , 但尚可检测出 Si ( 111 ) 峰 , 此峰明显宽化 , 无序度增加 , 100 mV 下 , Si ( 111 ) 峰变得极弱 , 50 mV 时 ,此峰完全消失 ,嵌锂过程硅已完全转变为非晶态 ,且在后来的锂脱嵌循环中始终保持非晶态 . 对不同嵌锂状态均没有检测到新晶相 ,锂嵌入硅后即生成非晶态 L ix Si 文献曾报道 , . 有晶态 L i3. 75 Si 究没有观察到新晶相 ,这可能与硅纳米线的一维结构和纳米尺度有关 .[ 17 2 ] 182. 4 不同嵌锂状态硅纳米线电极的 SEM。