高性能Si@SiO_x@C负极材料的制备及其电化学性能

本文通过对粉体Si进行球磨,结合在球磨产物中引入柠檬酸并对其进行碳热分解处理,制备了一种低碳高SiO_x含量的Si@SiO_x@C复合材料。采用现代材料分析测试技术和电化学测试技术,研究了500~700℃的碳热分解处理温度对复合材料的结构和其作为锂离子电池负极材料的电化学性能的影响。研究结果表明,不同温度获得的复合材料均为微米/亚微米尺寸的Si核外包覆有不同厚度的SiO_x及碳的Si@SiO_x@C颗粒,其中650℃条件下制得的复合材料中SiO_x和碳的含量分别约为55wt%和10wt%。该复合材料作为负极材料,表现出优于其它温度下获得的复合材料的结构和电化学性能,其在不再额外添加碳导电剂的条件下,在300 mA/g充放电时的首次库伦效率为74%,经200次循环后的容量为776mAh/g,容量保持率达75%。该低碳含量的微米/亚微米尺寸的Si基负极材料振实密度高,对于获得高体积比容量的电池极具使用潜力。

锂离子电池负极材料Si@C/SiO_x的制备及其电化学性能

硅理论比容量高,放电平台低,是商业化锂离子电池石墨负极的替代材料之一,但是其充放电循环中体积变化大,容量衰减迅速,制约了其商业化使用。本研究通过一步法制备了具有核壳结构的硅@碳/硅氧化物(Si@C/SiO_x),将其作为锂离子电池负极材料。采用SEM、TEM、XRD、XPS等手段对所制备材料的微观形貌、结构以及组分进行了分析,并对其进行了相关的电化学测试。结果表明,Si@C/SiO_x核壳材料比Si@C核壳材料具备更优良的电化学性能。在200 mA/g电流密度下,循环45次后,Si@C的容量保持率为60.2%;而当C/SiO_x作为Si核外壳时,200 mA/g电流密度下,循环45次后,Si@C/SiO_x比容量值为787.2 mAh/g,容量保持率提高到87.3%。这主要是由于C与SiO_x复合后,外壳的机械强度大于碳壳,能够较好地缓冲Si体积膨胀产生的巨大应力,从而保证结构的完整性,提高了硅基负极材料的商业化应用的可能性。

硅/氧化硅/锡/碳锂离子电池负极复合材料制备及电化学性能

以一氧化硅、二氧化锡和导电碳(Super P)为原料,通过高能球磨,加入稀盐酸与糠醇发生聚合反应,再采用高温固相法制得硅/氧化硅/锡/碳复合材料作为锂离子电池负极材料。用XRD、SEM进行表征,并进行有关电化学性能测试,首次放电比容量高达1503 mAh.g-1,循环性能得到了较大改善。

不同硅氧原子比的SiOx／C复合负极材料的储锂性能

硅氧化物负极具有来源简单、储锂容量高、循环稳定性好等特点,近年来受到广泛关注.本工作采用机械球磨Si和SiO2制备出O:Si原子比分别为0.20,0.40和0.63的SiOx/C复合材料,并通过比较3种复合材料的可逆电化学储锂行为,研究了O:Si原子比对硅氧化物负极性能的影响.结果表明,随着氧硅原子比的提高,复合材料的循环稳定性并没有表现出同步提高的趋势.EIS研究结果证实,过高的氧硅原子比导致复合材料中氧化锂和硅酸锂等惰性缓冲介质的含量过大,不仅大幅度降低了SiOx材料的电子电导,而且引起了锂离子在电解液和活性相之间的传输困难.具有合适O:Si原子比的SiO0.4/C复合材料表现出较高的可逆储锂容量和最优的循环性能.其初始可逆容量为1636 mAh/g,首周库仑效率为70%;以1000 mA/g的电流密度循环200周后,仍能够保持75%的初始容量,显示出良好的应用前景.

磁控溅射工艺引起硅表面超薄钝化层电子结构变化

通过真空热退火、有效少子寿命（πeff）的测量（利用微波光电导衰减μ-PCD法）和表面-界面光电子能谱分析（X-ray Photoemission Spectroscopy,XPS）等方法,研究了磁控溅射沉积ITO（Indium Tin Oxide）薄膜过程中,等离子体中载能粒子束（原子/离子和紫外辉光）对超薄Si Ox（1.5~2.0 nm）/c-Si（150μm）样品界面区的原子成键和电子态的损伤问题,并就ITO薄膜的硅表面电子态有效钝化功能进行了研究.结果表明,溅射沉积ITO薄膜材料后该样品的πeff衰减了90%以上,从105μs减少到5μs.但是,适当退火条件可以恢复少子寿命到30μs,表明Si Ox/c-Si之间界面态的降低有助于改善氧化层的钝化效果.ITO薄膜和c-Si之间Si Ox薄层的形成和它的结构随退火温度的变化,是导致界面态、少子寿命变化的主要原因,且得到了XPS深度剖析分析的确认.

纳米Si掺杂SiOx-Si@C@碳纳米管复合负极材料的制备及性能

在对氧化亚硅(SiO)材料进行表面碳包覆和添加导电材料的基础上,掺杂少量纳米Si进一步提高其首次充放电容量和首次库仑效率。采用XRD、SEM、TEM、Raman、FTIR分析材料的物相结构和微观形貌,通过恒流充放电测试仪分析复合材料的电化学性能。结果显示,纳米Si质量为SiOx质量10%的复合材料(SiOx-Si@C@碳纳米管(CNTs)-10)的首次充放电容量分别为1348.1 mA·h/g和1874.4 mA·h/g,首次库仑效率为71.9%,循环100周后材料的可逆容量为1116.2 mA·h/g,容量保持率为82.8%;以不同电流密度充放电,其放电容量远远高于没有纳米Si掺杂的材料。SiOx-Si@C@CNTs复合材料具有较高的首次库伦效率、较好的循环性能和倍率性能。

Performance improvement of c-Si solar cell by a combination of SiNx/SiOx passivation and double P-diffusion gettering treatment

SiNx/SiOx passivation and double side P-diffusion gettering treatment have been used for the fabrication of c-Si solar cells. The solar cells fabricated have high open circuit voltage and short circuit current after the double P-diffusion treatment. In addition to better surface passivation effect, SiNx/SiOx layer has lower reflectivity in long wavelength range than conventional SiNx film. As a consequence, such solar cells exhibit higher conversion efficiency and better internal quantum efficiency, compared with conventional c-Si solar cells.