新型核壳结构硅碳复合负极材料的制备及电化学性能

通过对氧化硅预处理得到多组分硅pSi(Si、SiO、SiO_(2)),再利用化学气相沉积法(CVD)设计了具有核壳结构的pSi与碳纳米纤维(CNF)的复合材料(pSi-CNF)。多组分硅中Si、SiO提供电化学可逆容量,SiO_(2)可以抑制硅的体积膨胀;碳纳米纤维包覆形成的壳层结构可以有效提高复合材料的导电性,同时进一步抑制硅的体积膨胀保持核壳结构的完整。通过SEM、TEM、EDS、XRD、Raman和XPS对复合物的微观结构进行分析。结果表明:pSi-CNF的粒径为5~20μm,碳纳米纤维的直径为5~40 nm,pSi-CNF复合材料中含有Si、SiO和SiO_(2)多种组分硅,有明显特征峰;碳纳米纤维均匀包覆于硅表面,形成核壳结构。电化学性能测试表明,在0.2 A·g^(−1)的电流密度下,经100次循环后其可逆容量为1411 mAh·g^(−1),容量保持率为74%,具有良好的循环稳定性和较高的可逆容量;在1 A·g^(−1)的电流密度下,经300次循环后其可逆容量为735 mAh·g^(−1),容量保持率为86%,且具有良好的倍率性能。