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飛馳球磨機參與夏永姚教授對薄硅包覆硅化鎳納米粒子負極材料的制備與成果

德國飛馳 2022-02-17 | 閱讀：2846

鋰離子電池中電極的機械性能對其電化學(xué)性能有巨大影，尤其是對于硅基電極,。在循環(huán)過程中,，硅基電極會被粉碎并形成不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面,。復(fù)旦大學(xué)夏永姚教授,、王永剛教授發(fā)表了一種在鎳內(nèi)核載體（si@nixsi/ni）上生長的薄硅包覆硅化鎳納米粒子作為鋰離子電池的負極材料。超薄納米硅層有助于實現(xiàn)合理的高能量密度,，并因其高比容量和較短的鋰離子擴散長度而能夠?qū)崿F(xiàn)快速的鋰離子擴散,。

【研究過程】

↑ 此圖為fritsch制作的實驗過程示意圖

首先使用高能球磨研磨ni和納米硅顆粒1小時，產(chǎn)生ni– si核殼結(jié)構(gòu),。然后,，預(yù)活化的核-殼納米結(jié)構(gòu)在惰性ar氣氛中在 800 c下退火4小時，使硅化鎳在si-ni界面之間生長,。在硅化物形成過程中,，鎳原子通過鎳/硅化物界面向外擴散，而硅原子通過硅化物/硅界面向內(nèi)擴散,。

si@nixsi/ni 核的組成和形態(tài)-殼結(jié)構(gòu)受退火溫度和前體樣品摩爾比的顯著影響,。樣品的容量保持率隨著 si 摩爾比的增加而急劇下降。 ni/si 摩爾比為 1:0.5 的電極表現(xiàn)出Zui佳性能,，具有合理更高的比容量和出色的穩(wěn)定性,。與原始 si 電極相比，si@nixsi/ni 核殼電極表現(xiàn)出更好的循環(huán)性能,。

【研究成果】

夏永姚教授,、王永剛教授使用簡單的兩步合成方法證明了si@nixsi/ni核殼電極作為鋰離子電池負極材料。在研究中發(fā)現(xiàn),，呈現(xiàn)輻射分布的nixsi層,，通過溫度引起的si外擴散和ni內(nèi)擴散在si核和 ni殼界面之間產(chǎn)生，以最小的體積膨脹實現(xiàn)相當(dāng)高的比容量,。

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si@nixsi/ni核殼電極在500 ma/g 的電流密度下表現(xiàn)出706.1 mah/g的電荷比容量,。是傳統(tǒng)的石墨陽極的兩倍,。該結(jié)構(gòu)還顯示出 81.5% 的高第Yi循環(huán)庫侖效率。有趣的是,，si@nixsi/ni 核殼電極在 500 ma/g的電流密度下循環(huán)壽命超過5000 次,，容量保持率為74%

si@nixsi/ni核殼電極提供了相當(dāng)高的比容量和超長的循環(huán)壽命，其原因主要有以下三點：

① 由于其高比容量和縮短的鋰離子擴散長度,，超薄納米硅層提高了材料的能量密度并允許快速的鋰離子擴散

② 梯度分布的 nixsi 層使我們能夠以最少的電極材料粉化獲得相當(dāng)高的比容量

③ ni內(nèi)核提供機械支撐以在延長的鋰化/脫鋰過程中保持納米顆粒的結(jié)構(gòu)完整性

夏永姚，復(fù)旦大學(xué)特聘教授,，博士生導(dǎo)師,；蘇州大學(xué)兼職教授，浙江師范大學(xué)客座教授,；杭州市錢江特聘專家,。

研究方向為物理化學(xué)和材料科學(xué)的交叉領(lǐng)域-功能材料電化學(xué)，當(dāng)前主要的研究方向為（1）新型儲能材料和儲能技術(shù)的研究,，包括液體鋰離子電池,、電化學(xué)電容器、染料敏化太陽能電池,、燃料電池等,；（2）無機-有機納米復(fù)合材料在儲能、催化,、光致發(fā)光,、物質(zhì)分離及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域中的應(yīng)用；3）功能材料的理論計算和模擬等研究,。

德國Fritsch公司是實驗室樣品預(yù)處理和顆粒度分析的專家,。飛馳小型行星式高能球磨機/儀P7加強型利用行星公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)原理,，研磨球在研磨碗內(nèi)進行高速的運動,，通過高能的摩擦力和沖擊力實現(xiàn)樣品的粉碎，可快速將樣品研磨至1μm以下,，最終細度可達到< 0.1μm,。