Si-O-C骨架支撑型高循环性能锂离子电池硅基负极材料

引用本文: 王建涛, 王耀, 黄斌, 杨娟玉, 谭翱, 卢世刚. Si-O-C骨架支撑型高循环性能锂离子电池硅基负极材料[J]. 物理化学学报, 2014, 30(2): 305-310. doi: 10.3866/PKU.WHXB201312022 shu

Citation: WANG Jian-Tao, WANG Yao, HUANG Bin, YANG Juan-Yu, TAN Ao, LU Shi-Gang. Silicon Supported on Stable Si-O-C Skeleton in High-Performance Lithium-Ion Battery Anode Materials[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(2): 305-310. doi: 10.3866/PKU.WHXB201312022 shu

Si-O-C骨架支撑型高循环性能锂离子电池硅基负极材料

基金项目:
国家高技术研究发展计划(863) (2011AA11A256，2013AA050903，2013AA050906)资助项目 (863) (2011AA11A256，2013AA050903，2013AA050906)

摘要:

通过经济有效的方法制备得到一种具有长循环寿命的高效稳定性硅/硅氧碳/无定形碳的复合负极材料结构. 在这种结构中，以具有稳定化学性能的硅氧碳结构作为骨架，来支撑和隔离硅纳米颗粒结构. 材料中包含的无定形碳组分可提高硅/硅氧碳结构的电导性能. 这种复合负极结构在0.3C电流充放电情况下，不仅能发挥出637.3 mAh·g^-1的比容量，而且在经过100 周的充放电循环后，其容量保持率也达到86%. 这种新型硅基负极材料的设计为其他功能材料的设计提供了一种潜在可能的方法.

关键词:

English

Silicon Supported on Stable Si-O-C Skeleton in High-Performance Lithium-Ion Battery Anode Materials

1.
R&D Center for Vehicle Battery and Energy Storage, General Research Institute for Nonferrous Metals, Beijing 100088, P. R. China
Received Date: 24 October 2013
Available Online: 23 January 2014
Fund Project:
国家高技术研究发展计划(863) (2011AA11A256，2013AA050903，2013AA050906)资助项目

Abstract:

A Si/SiOC/graphite composite structure with high efficiency and long-term cycling stability was synthesized using a cost- effective method. In this structure, a SiOC network with od chemical stability acts as a skeleton to support and segregate Si nanostructures. The graphite incorporated in the Si/SiOC composite is used as a conductive material to enhance the electrical conductivity. Such Si/SiOC/graphite composite anodes show excellent cycling stability, with a specific capacity of ~637.3 mAh·g^-1 and ~86% capacity retention over 100 cycles at a rate of 0.3C. The design of this new structure has the potential to provide a basis for the development of other functional composite materials.

Key words:

1. [1]
  
  (1) Armand, M.; Tarascon, J. M. Nature 2008, 451, 652. doi: 10.1038/451652a
  (1) Armand, M.; Tarascon, J. M. Nature 2008, 451, 652. doi: 10.1038/451652a
2. [2]
  (2) Maier, J. Nat. Mater. 2005, 4, 805. doi: 10.1038/nmat1513(2) Maier, J. Nat. Mater. 2005, 4, 805. doi: 10.1038/nmat1513
3. [3]
  (3) Kang, B.; Ceder, G. Nature 2009, 458, 190. doi: 10.1038/nature07853(3) Kang, B.; Ceder, G. Nature 2009, 458, 190. doi: 10.1038/nature07853
4. [4]
  (4) Arico, A. S.; Bruce, P.; Scrosati, B.; Tarascon, J. M.;Schalkwijk,W. V. Nat. Mater. 2005, 4, 366. doi: 10.1038/nmat1368(4) Arico, A. S.; Bruce, P.; Scrosati, B.; Tarascon, J. M.;Schalkwijk,W. V. Nat. Mater. 2005, 4, 366. doi: 10.1038/nmat1368
5. [5]
  (5) Wu, H. B.; Zhang, Y.; Yuan, C. L.;Wei, X. P.; Yin, J. L.;Wang,G. L.; Cao, D. X.; Zhang, Y. M.; Yang, B. F.; She, P. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 1247. [武洪彬, 张莹, 袁聪俐,韦小培, 殷金玲, 王贵领, 曹殿学, 张益明, 杨宝峰, 佘佩亮.物理化学学报, 2013, 29, 1247.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201303211(5) Wu, H. B.; Zhang, Y.; Yuan, C. L.;Wei, X. P.; Yin, J. L.;Wang,G. L.; Cao, D. X.; Zhang, Y. M.; Yang, B. F.; She, P. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 1247. [武洪彬, 张莹, 袁聪俐,韦小培, 殷金玲, 王贵领, 曹殿学, 张益明, 杨宝峰, 佘佩亮.物理化学学报, 2013, 29, 1247.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201303211
6. [6]
  (6) Ding, P.; Xu, Y. L.; Sun, X. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29,293. [丁朋, 徐友龙, 孙孝飞. 物理化学学报, 2013, 29,293.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201211142(6) Ding, P.; Xu, Y. L.; Sun, X. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29,293. [丁朋, 徐友龙, 孙孝飞. 物理化学学报, 2013, 29,293.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201211142
7. [7]
  (7) Chan, C. K.; Peng, H. L.; Liu, G.; Mcilwrath, K.; Zhang, X. F.;Huggins, R. A.; Cui, Y. Nature Nanotech. 2008, 3, 31. doi: 10.1038/nnano.2007.411(7) Chan, C. K.; Peng, H. L.; Liu, G.; Mcilwrath, K.; Zhang, X. F.;Huggins, R. A.; Cui, Y. Nature Nanotech. 2008, 3, 31. doi: 10.1038/nnano.2007.411
8. [8]
  (8) Poizot, P.; Laruelle, S.; Grugeon, S.; Dupont, L.; Tarascon, J. M.Nature 2000, 407, 496. doi: 10.1038/35035045(8) Poizot, P.; Laruelle, S.; Grugeon, S.; Dupont, L.; Tarascon, J. M.Nature 2000, 407, 496. doi: 10.1038/35035045
9. [9]
  (9) Taberna, L.; Mitra, S.; Poizot, P.; Simon, P.; Tarascon, J. M. Nat. Mater. 2006, 5, 567. doi: 10.1038/nmat1672(9) Taberna, L.; Mitra, S.; Poizot, P.; Simon, P.; Tarascon, J. M. Nat. Mater. 2006, 5, 567. doi: 10.1038/nmat1672
10. [10]
  (10) Oumellal, Y.; Rougier, A.; Nazri, G. A.; Tarascon, J. M.;Aymard, L. Nat. Mater. 2008, 7 , 916. doi: 10.1038/nmat2288(10) Oumellal, Y.; Rougier, A.; Nazri, G. A.; Tarascon, J. M.;Aymard, L. Nat. Mater. 2008, 7 , 916. doi: 10.1038/nmat2288
11. [11]
  (11) Jiang, D. D.; Fu, Y. B.; Ma, X. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009,25, 1481. [姜冬冬, 付延鲍, 马晓华. 物理化学学报, 2009,25, 1481.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090817(11) Jiang, D. D.; Fu, Y. B.; Ma, X. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009,25, 1481. [姜冬冬, 付延鲍, 马晓华. 物理化学学报, 2009,25, 1481.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090817
12. [12]
  (12) Fan, X. Y.; Zhuang, Q. C.;Wei, G. Z.; Ke, F. S.; Huang, L.;Dong, Q. F.; Sun, S. G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 611.[樊小勇, 庄全超, 魏国祯, 柯福生, 黄令, 董全峰, 孙世刚. 物理化学学报, 2009, 25, 611.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090403(12) Fan, X. Y.; Zhuang, Q. C.;Wei, G. Z.; Ke, F. S.; Huang, L.;Dong, Q. F.; Sun, S. G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 611.[樊小勇, 庄全超, 魏国祯, 柯福生, 黄令, 董全峰, 孙世刚. 物理化学学报, 2009, 25, 611.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090403
13. [13]
  (13) Li, Y.; Xie, H. Q.; Tu, J. P. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 365.[黎阳, 谢华清, 涂江平. 物理化学学报, 2009, 25, 365.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090229(13) Li, Y.; Xie, H. Q.; Tu, J. P. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 365.[黎阳, 谢华清, 涂江平. 物理化学学报, 2009, 25, 365.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090229
14. [14]
  (14) Kasavajjula, U.;Wang, C.; Appleby, A. J. J. Power Sources2007, 163, 1003. doi: 10.1016/j.jpowsour.2006.09.084(14) Kasavajjula, U.;Wang, C.; Appleby, A. J. J. Power Sources2007, 163, 1003. doi: 10.1016/j.jpowsour.2006.09.084
15. [15]
  (15) Hu, Y. S.; Demir-Cakan, R.; Titirici, M. M.; Müller, J. O.;Schlögl, R.; Antonietti, M.; Maier, J. Angew. Chem. Int. Edit.2008, 47, doi: 1645. doi: 10.1002/anie.200704287(15) Hu, Y. S.; Demir-Cakan, R.; Titirici, M. M.; Müller, J. O.;Schlögl, R.; Antonietti, M.; Maier, J. Angew. Chem. Int. Edit.2008, 47, doi: 1645. doi: 10.1002/anie.200704287
16. [16]
  (16) Ng, S. H.;Wang, J.;Wexler, D.; Konstantinov, K.; Guo, Z. P.;Liu, H. K. Angew. Chem. Int. Edit. 2006, 45, 6896. doi: 10.1002/anie.200601676(16) Ng, S. H.;Wang, J.;Wexler, D.; Konstantinov, K.; Guo, Z. P.;Liu, H. K. Angew. Chem. Int. Edit. 2006, 45, 6896. doi: 10.1002/anie.200601676
17. [17]
  (17) Dimov, N.; Kugino, S.; Yoshio, M. Electrochim. Acta 2003, 48,1579. doi: 10.1016/S0013-4686(03)00030-6(17) Dimov, N.; Kugino, S.; Yoshio, M. Electrochim. Acta 2003, 48,1579. doi: 10.1016/S0013-4686(03)00030-6
18. [18]
  (18) Lee, J. K.; Smith, K. B.; Hayner, C. M.; Kung, H. H. Chem. Commun. 2010, 46, 2025. doi: 10.1039/b919738a(18) Lee, J. K.; Smith, K. B.; Hayner, C. M.; Kung, H. H. Chem. Commun. 2010, 46, 2025. doi: 10.1039/b919738a
19. [19]
  (19) Zhou, X.; Yin, Y. X.;Wan, L. J.; Guo, Y. G. Chem. Commun.2012, 48, 2198. doi: 10.1039/c2cc17061b(19) Zhou, X.; Yin, Y. X.;Wan, L. J.; Guo, Y. G. Chem. Commun.2012, 48, 2198. doi: 10.1039/c2cc17061b
20. [20]
  (20) Xiang, H.; Zhang, K.; Ji, G.; Lee, J. Y.; Zou, C.; Chen, X.;Wu,J. Carbon 2011, 49, 1787. doi: 10.1016/j.carbon.2011.01.002(20) Xiang, H.; Zhang, K.; Ji, G.; Lee, J. Y.; Zou, C.; Chen, X.;Wu,J. Carbon 2011, 49, 1787. doi: 10.1016/j.carbon.2011.01.002
21. [21]
  (21) Liu, Y.; Matsumura, T.; Imanishi, N.; Hirano, A.; Ichikawa, T.;Takeda, Y. Electrochem. Solid-State Lett. 2005, 8, A599.doi: 10.1149/1.2039954(21) Liu, Y.; Matsumura, T.; Imanishi, N.; Hirano, A.; Ichikawa, T.;Takeda, Y. Electrochem. Solid-State Lett. 2005, 8, A599.doi: 10.1149/1.2039954
22. [22]
  (22) Yu, Y.; Gu, L.; Zhu, C.; Tsukimoto, S.; Van Aken, P. A.; Maier,J. Adv. Mater. 2010, 22, 2247. doi: 10.1002/adma.200903755(22) Yu, Y.; Gu, L.; Zhu, C.; Tsukimoto, S.; Van Aken, P. A.; Maier,J. Adv. Mater. 2010, 22, 2247. doi: 10.1002/adma.200903755
23. [23]
  (23) Hiroshi, F.; Hisashi, O.; Takakazu, H.; Kiyoshi, K. ACS App. Mater. Inter. 2010, 2, 998. doi: 10.1021/am100030f(23) Hiroshi, F.; Hisashi, O.; Takakazu, H.; Kiyoshi, K. ACS App. Mater. Inter. 2010, 2, 998. doi: 10.1021/am100030f
24. [24]
  (24) Hiroshi, F.; Hisashi, O.; Takakazu, H.; Kiyoshi, K. J. Electro. Society 2011, 158, A550. doi: 10.1149/1.3567956(24) Hiroshi, F.; Hisashi, O.; Takakazu, H.; Kiyoshi, K. J. Electro. Society 2011, 158, A550. doi: 10.1149/1.3567956
25. [25]
  (25) Hiroshi, F.; Hisashi, O.; Takakazu, H.; Kiyoshi, K. J. Power Sources 2011, 196, 371. doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.06.077
  (25) Hiroshi, F.; Hisashi, O.; Takakazu, H.; Kiyoshi, K. J. Power Sources 2011, 196, 371. doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.06.077

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通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com

1.
沈阳化工大学材料科学与工程学院沈阳 110142

Si-O-C骨架支撑型高循环性能锂离子电池硅基负极材料

English

Silicon Supported on Stable Si-O-C Skeleton in High-Performance Lithium-Ion Battery Anode Materials

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中国化学会秘书处

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