核壳结构纳米线阵列Co/Si复合负极的制备及其锂电性能

来源期刊：材料科学与工程学报2020年第2期

论文作者：毛松科 闻人红雁 沈童

文章页码：262 - 605

关键词：锂离子电池;硅负极材料;Co纳米线;薄膜电极;

摘    要：硅作为锂电池负极材料虽然具有非常高的理论比容量（3600mAh·g-1）,但因其充过电过程中严重的体积效应而导致电极循环性能差,同时硅为半导体材料,导电性较差。本论文以泡沫镍材料为基体,通过水热、氢化还原以及磁控溅射等制备工艺制备了具有核壳结构的自支撑纳米线阵列的复合负极,纳米线阵列的结构设计可以有效释放硅膨胀时产生的内应力,抑制粉化现象。另外较大的比表面积还能有效增加Co/Si薄膜与电解液的接触面积,加快Li+在液/固相中的传输速率,降低电极的极化现象。在500mA·g-1电流密度下循环100次后Co/SiNWs的比容量为1260mAh·g-1,单圈容量衰减仅有0.02%。将电流密度提升至1000mA·g-1,500次反复充放电后依然有90.6%的容量留存。在高倍率下Co/Si NWs电极也有不俗的表现,4000mA·g-1下循环比容量达880mAh·g-1,当电流密度回到500mA·g-1时,容量可恢复至初始的93%。优异的电化学性能表明本文设计的硅基复合负极材料较好地克服了硅材料应用中的体积膨胀和导电性差的问题。