硅基材料中的二氧化硅（SiO2）材料，因?yàn)槠湓牧蟻?lái)源廣泛、儲(chǔ)量豐富、成本低廉、環(huán)境無(wú)污染、放電電壓平臺(tái)低、制備方法比硅材料簡(jiǎn)單和理論比容量高(~1965 mA h g-1) 等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為鋰離子電池負(fù)極材料的研究熱點(diǎn)。但是，與過(guò)度金屬氧化物類(lèi)似，SiO2材料在充放電過(guò)程中會(huì)存在大的體積膨脹（~300%）和差的導(dǎo)電性；從而，使材料整體結(jié)構(gòu)遭到破壞，甚至粉化瓦解，造成快速的容量衰減和大的不可逆容量；并且，低的導(dǎo)電率也會(huì)阻礙鋰離子的快速脫出嵌入，影響離子和電子傳輸效率，導(dǎo)致材料具有差的倍率性能和循環(huán)性能。一般來(lái)說(shuō)，目前主要從設(shè)計(jì)和制備納米工程化的SiO2材料，并實(shí)現(xiàn)與碳材料復(fù)合來(lái)改善材料的體積膨脹和導(dǎo)電性差的問(wèn)題。

        本論文采用綠色無(wú)污染、成本低廉的九水偏硅酸鈉為硅源，利用化學(xué)沉淀法，與濃鹽酸反應(yīng)制得H2SiO3前驅(qū)體；同時(shí)以多巴胺鹽酸鹽為碳源，實(shí)現(xiàn)碳包覆結(jié)構(gòu)，得到SiO2/C納米復(fù)合材料；*終，在制備的復(fù)合材料材料基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用物理浸漬鈷的催化劑和乙炔CVD的方法，制備了SiO2/C/CNTs復(fù)合材料。使得SiO2/C基體上均勻負(fù)載了導(dǎo)電性良好的CNTs，且CNTs與基體間相互連接、纏繞形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高了材料的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)完整。

         從圖2可以看出，所制備的基體材料SiO2/C呈疏松多空狀，并形成團(tuán)簇聚集在一起；從TEM表征得出，SiO2顆粒尺寸約為10 nm，均勻地嵌在碳相中，形成穩(wěn)定的碳包覆結(jié)構(gòu)；且C、Si、O元素均勻分布在SiO2/C復(fù)合材料中。由圖3可知，原位制備的CNTs均勻分布在SiO2/C基體上，且顆粒與顆粒之間通過(guò)CNTs相互連結(jié)，形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，為后續(xù)離子和電子的傳輸提供了有效通道。

        當(dāng)SiO2/C/CNTs復(fù)合材料做電極材料，制備成半電池，測(cè)試其電化學(xué)性能時(shí)，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料以0.05 A g-1電流密度循環(huán)，首次放電/充電比容量分別高達(dá)1267.2 mA h g-1和826.1 mA h g-1，首次庫(kù)倫效率為65.2%；充放電循環(huán)100圈后，仍能保持502.3 mA h g-1的比容量，具有高的儲(chǔ)鋰容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。除此之外，SiO2/C/CNTs復(fù)合材料還具有很好的大電流長(zhǎng)循環(huán)壽命，以1 A g-1大電流密度循環(huán)1000圈，仍可獲得315.7 mA h g-1的比容量。其電化學(xué)性能的突出改善，主要?dú)w功于負(fù)載CNTs所形成的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，其不僅為離子和電子的快速傳輸提供了通道、縮短了路徑，還使得復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，減輕了體積膨脹對(duì)電極材料的影響。

論文的**作者是2015級(jí)碩士生王思琪

相關(guān)研究成果*近刊登在Applied Surface Science, 433 (2018) 428–436上，

文章題目：In-situ grown CNTs modified SiO2/C composites as anode with improved cycling stability and rate capability for lithium storage