| 异质原子的引入和杂化封装对锂离子电池多孔硅阳极的表界面改性 |
| Surface and interface modification of porous silicon anodes in lithium-ion batteries by the introduction of heterogeneous atoms and hybrid encapsulation |
| 作者 | 单位 | E-mail | | 刘烊 | 常州大学石油化工学院, 常州 213164 | | | 王丽君 | 盐城工学院化学化工学院, 江苏省新型环保重点实验室, 盐城 224051
南京大学配位化学国家重点实验室, 南京 210023 | | | 汪宏玉 | 盐城工学院化学化工学院, 江苏省新型环保重点实验室, 盐城 224051 | | | 陈智栋 | 常州大学石油化工学院, 常州 213164 | chenzd@cczu.edu.cn | | 孙林 | 常州大学石油化工学院, 常州 213164
盐城工学院化学化工学院, 江苏省新型环保重点实验室, 盐城 224051
南京大学配位化学国家重点实验室, 南京 210023 | sunlin@nju.edu.cn |
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| 摘要: 通过高能球磨与静电组装技术，成功制备出一种结构新颖的多孔硅复合材料(pSi/Ge@Gr/CNTs)。该材料以商用Al60Si40合金为原料，经简易酸蚀处理制成多孔硅(pSi)基体，通过球磨引入锗元素(Ge)，再借助静电组装实现了石墨烯(Gr)与碳纳米管(CNTs)的双重包覆。Ge的引入有效地提高了pSi的电导率和离子传输特性，大幅提升了电极的可逆容量。Gr和CNTs的包覆进一步增强了电极的稳定性、机械强度和导电性。当用作锂离子电池的负极时，pSi/Ge@Gr/CNTs展现出优异的电化学性能，其在0.2 A·g-1的电流密度下循环100次后，可逆放电比容量超过700 mAh·g-1。 |
| 关键词: 多孔硅 锂离子电池 负极 锗 循环稳定性 |
| 基金项目: 国家自然科学基金项目(No.52202309);江苏高校“青蓝工程”优秀青年骨干教师人才项目;配位化学国家重点实验室开放课题项目(No.SKLCC2308)和江苏省碳达峰碳中和科技创新专项(No.BK20220008)资助。 |
| Abstract: A novel porous silicon composite material (pSi/Ge@Gr/CNTs) was successfully fabricated by utilizing high-energy ball milling and electrostatic assembly techniques. This material starts with a commercial Al60Si40 alloy as the raw material. Through a simple acid etching process, a porous silicon (pSi) matrix was produced. Germanium (Ge) was then introduced into the matrix via ball milling. Finally, with the aid of electrostatic assembly, a dual coating of graphene (Gr) and carbon nanotubes (CNTs) was achieved, endowing the material with a unique structure. The incorporation of Ge introduction effectively augments the conductivity and ion transport characteristics of pSi, substantially bolstering the reversible capacity of the entire electrode. The hybrid encapsulation with Gr and CNTs further fortifies the stability, mechanical robustness, and electrical conductivity of the electrode. When utilized as anodes in LIBs, the pSi/Ge@Gr/CNTs electrode demonstrated outstanding electrochemical performance, achieving a reversible discharge specific capacity exceeding 700 mAh·g-1 after 100 cycles at a current density of 0.2 A·g-1, accompanied by a remarkably enhanced rate performance. |
| Keywords: porous silicon lithium-ion battery anode germanium cycling stability |
| 投稿时间：2025-01-13 修订日期：2025-03-06 |
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| 刘烊,王丽君,汪宏玉,陈智栋,孙林.异质原子的引入和杂化封装对锂离子电池多孔硅阳极的表界面改性[J].无机化学学报,2025,41(4):773-785. |
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