锂离子电池纳米负极材料的研究进展(3)

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ｍＡｈ ／ｇ， 高于纯石墨的理 论容量 ３７２ ｍＡｈ ／ｇ， 循环性能较好。翟秀静等 采用［２］ ［１］中掺杂其它原子， 而且使这些原子在碳结构中呈纳 米分散状态， 这一新型的碳材料就称为碳材料的纳 米掺杂。碳材料的纳米掺杂包括金属元素掺杂和非 金属元素掺杂， 其中最典型的是硅原子在碳材料中 的纳米掺杂 ， Ｓｉ 在 嵌 入 锂 时 会 形 成 含 锂 量 很 高 的 合 金 Ｌｉ４．４Ｓｉ ， 理论容量为 ４ ２００ｍＡｈ ／ｇ［５］。 Ｃｈｅｎ Ｌｉｂａｏ［６］等 用喷雾干燥技术制备 Ｓｉ／Ｃ 复合碳负极材料 ， 其可逆 容量达到 ６３５ ｍＡｈ ／ｇ， 且循环性能 比 较 稳 定 ， 可 应 用 于锂离子电池。通过对纳米掺杂硅的碳材料嵌锂行 为的研究， 发现纳米掺杂硅后碳材料的容量比掺杂 前的容量高。 当然 ， 碳材料的纳米掺杂还可掺杂其它的原子 ， 如 磷 、 、 、 等 ， Ｚｈｏｕ Ｚｈｅｎ 等 ［７］通 过 计 算 机 用 密 镍 铅 硼 度泛函的方法对 Ｃ、ＢＣ３、 ２Ｎ 和 ＢＮ 纳米管的结构 ＢＣ 和能量进行分析， 表明 ＢＣ３ 纳米管材料最适合做锂 离子电池负极材料。其它的纳米掺杂碳材料在进一 步的研究中。氧化法提纯了煤焦化工 业 副 产 品 中 的 纳 米 碳 管 ， 采 用 Ｘ 射线衍射和透射电子显微镜对碳纳米管的结构 和形貌进行了研究。纯化的纳米碳管具有类似石墨 的结构和较高的石墨化度。研究了纳米碳管的电化 学性能 ， 其首次 放 电 比 容 量 达 ５８４．３ ｍＡｈ ／ｇ， 并 有 较 好的循环性能。 碳纳米管 （ＣＮＴｓ）作为添加剂与石墨形成的复合 放电容量和循环稳定 碳负极材料， 提高了电池的充、 性， 对首次循环效率的不利影响较小。这是由于较小 的纳米材料填充较大的石墨颗粒孔隙， 可形成良好 的导电网络 ， 纳米材料本身有一定的可逆储锂容量 ， 同时， ＣＮＴｓ 的管状结构和大的比表面积， 能够吸收 和储存电解液， 并改善电极抵抗破坏的能力， 提高了 负极材料的综合电化学性能。 张万红等 采用碳纳米管 （ＣＮＴｓ）作为锂离子电池［３］２ ２．１硅纳米材料 纳米硅 硅材料作为锂离子电池负极材料具有比容量大硅材 的优点 （理论容量 ４ ２００ ｍＡｈ ／ｇ）， 因而备受关注。 料作为锂离子电池负极材料的研究是高容量锂离子 负极材料的研究热点之一。硅与锂形成合金的机理 可用下面反应式表示：ｘＬｉ＋ＳｉＬｉｘＳｉ（２）锂与硅反应可形成各种嵌锂化合物， 如 Ｌｉ１２Ｓｉ１７、Ｌｉ１３Ｓｉ１４、 ７Ｓｉ３、 ２２Ｓｉ５ 等 ， 按 合 金 Ｌｉ４．４Ｓｉ 计 算 ，