实现硅/碳负极材料大规模生产-离心纺丝法

鉴于硅的高存储容量以及碳材料良好的化学稳定性和导电性，硅/碳复合材料成为锂离子电池负极中最具前景的前景材料。美国德克萨斯州立大学的Rocío Nava等人利用离心纺丝技术合成了Si/C复合纳米纤维材料。首先，将Si纳米颗粒溶解在PVA溶液中，并使用离心纺丝技术将其转换成超细纤维。然后，通过将Si/PVA纤维垫暴露在硫酸蒸汽中使其脱水。脱水提高了PVA基的热稳定性和化学稳定性，允许前驱体在800℃下进一步碳化处理。这种合成方法具有大规模生产的潜力。所制备的复合纤维在无粘结剂的条件下作为锂离子电池负极材料时，首次不可逆容量过高，从2450mAh/g骤降到862mAh/g。这是阻碍其大规模商业化的非常重要的一点。随着循着循环的进行，容量损失逐渐减小。这主要归功于纤维结构为Si体积的改变提供了一个缓冲区。再者，碳基质的石墨化，Si纳米颗粒更加均匀的分布和碳基质的多孔性可以帮助延长这些电池的循环寿命。

多孔对于锂离子的迁移是好事，但对于首次库伦效率的提升来说并不见得是好事。

图1 Si/C复合材料的合成示意图

图2. 电流密度为100mA/g时Si/C复合负极第1,2,10,50圈循环的充/放电曲线

Nava R, Cremar L D, Agubra V, et al. Centrifugal spinning: an alternative for large scale production of Silicon-Carbon composite nanofibers for lithium ion batteries anodes. ACS Applied Materials & Interfaces, 2016. DOI: 10.1021/acsami.6b06051

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