NaCl模版法制备Si纳米片.docx

NaCl模版法制备Si纳米片　　Si材料的理论比容量可达4200mAh/g，远远高与石墨类材料，电压平台与石墨材料接近，是一种非常理想的负极材料，但是Si材料在嵌锂过程中巨大的体积膨胀不但会造成Si颗粒自身的破碎，还会破坏负极的结构，造成循环性能的快速衰降Si材料的这一特性极大的限制了Si材料在实际中的应用，因此人们不得不退而求其次，采用膨胀相对较小的SiOx材料，但是小编认为SiOx只是一个过渡方案，SiOx材料不仅容量低（1500mAh/g左右），首次效率也远低于石墨材料，这限制了锂离子电池能量密度的提升，因此从长远来看，Si材料最终将取代SiOx材料　　Si负极大规模应用的前提是克服嵌锂过程中的体积膨胀，在材料制备方面主要有两种办法：1）制备特殊形貌的Si材料，例如纳米片、纳米网等；2）Si-C复合，这也是各大材料厂家的主流技术方案一般来说制备特殊形貌的Si材料，需要采用特殊的技术手段，不但成本高昂，而且还难以大规模生产，因此这类方法往往只能存在于大学的实验室内但是近日湘潭大学的P.P.Wang等人以NaCl颗粒作为模版，以较低的成本合成了Si纳米片材料，该材料不仅展现出了高可逆容量（2500mAh/g@0.2A/g），还具有优异的循环性能。

　　为了降低Si纳米片的合成成本，提升生产效率，P.P.Wang采用NaCL作为模版，水解正硅酸乙酯作为Si源，首先合成了较大面积的SiO2纳米片，然后采用金属Mg对上述的SiO2纳米片进行还原处理，得到Si纳米片，最后将Si纳米片与还原氧化石墨烯（rGO）复合制备了Si纳米片@rGO的负荷材料　　下图为采用上述的制备方法制备的SiO2纳米片和Si纳米片的形貌，从下图a和b可以看到制备的材料中仅有一种SiO2纳米片结构，没有其他形貌，同时从图a中我们注意到SiO2纳米片的面积都达到了数十平方微米，而在图b中一些SiO2纳米片的面积甚至超过了100um2从图c中可以注意到，上述的SiO2纳米片在被还原成为Si纳米片后，其面积出现了明显的下降，但是仍然达到10um2左右　　下图为Si纳米片@rGO负荷材料的电化学性能测试结果，从图a可以看到该材料的首次嵌锂容量为3800mAh/g（0.01V-1.5V@0.2A/g），但是脱锂容量仅为2500mAh/g，首次效率也仅为68%，导致Si纳米片@rGO材料首次效率较低的主要原因可能Si纳米片@rGO材料的大比表面积导致副反应增多，从而在SEI膜形成过程中消耗了较多的Li，但是后续的循环中Si纳米片@rGO材料则表现的非常稳定。

　　从图b的循环性能测试结果中可以看到，通过与rGO材料复合能够显著的改善Si纳米片的循环性能，Si纳米片@rGO材料在循环五十次（0.2A/g电流密度）后，容量保持率为90%，远高于没有与rGO复合的纯Si纳米片的33%容量保持率凭借着Si纳米片独特的结构，以及rGO优良的导电性，Si纳米片@rGO材料也表现出了优异的倍率性能，从下图c可以看到早0.4A/g的电流密度该材料可发挥2000mAh/g左右的容量，在1A/g的电流密度下，该材料的容量发挥仍然可达1550mAh/g，当进一步将电流密度提高到2A/g时材料仍然发挥出了900mAh/g的容量　　P.P.Wang采用常见的NaCl作为合成Si纳米片的模版，不仅能够极大的降低Si纳米片的合称成本，并且NaCl仅需要使用去离子水就可以将模版去除，这一方面降低了生产升本，同时也减少了使用腐蚀溶剂所造成的环境污染，具有较好的应用前景但是目前来看，Si纳米片材料首次效率还很低，在目前补锂工艺还不成熟的情况下，Si纳米片还不具备应用价值，还需要通过与石墨材料复合或者对其进行表面包覆处理等手段，减少副反应，以提高首次效率。