用甲壳素纳米片构建高性能硅碳复合负极材料

为克服硅在储锂时的剧烈体积膨胀,目前文献报导了许多用石墨烯或碳纳米管等先进碳材料制备硅碳复合材料的研究。这些碳材料的高成本和低产量使它们难以满足工业大生产的需求。本文以水热反应剥离出的甲壳素纳米片(CNs)、聚乙烯醇(PVA)和纳米硅为原材料,通过简单的混合和干燥过程,得到CNs,PVA和纳米硅组成的块状复合材料CNs-Si-PVA,实现PVA和CNs对纳米硅的包覆。高温热解后,CNs衍生的二维碳材料(2DC)和PVA衍生的无定形碳共同包覆纳米硅形成硅碳复合材料2DC-Si-C。碳包覆能有效缓冲硅负极材料在重复脱锂/嵌锂过程中的体积变化,并提高导电性,使合成的2DC-Si-C用作锂离子电池的负极材料时表现出优异的循环稳定性及倍率性能。在1.0 A·g^(-1)的大电流密度下,经过300圈循环后,2DC-Si-C复合材料仍保留760 mAh·g^(-1)的放电比容量;倍率测试中,在2.0 A·g^(-1)的电流密度下,该复合材料首次放电能发挥出865 mAh·g^(-1)的比容量。绿色环保的碳前驱体、简单的加工方法以及优异的储锂性能,使2DC-Si-C复合材料有望成为下一代高性能锂离子电池(LIBs)的负极材料。