氮掺杂碳包覆多孔硅微球的制备及电化学性能

摘要

以铝硅合金(AlSi)粉末为原料,采用脱合金法获得多孔硅(porous silicon,P-Si)微球.再采用原位化学聚合法在P-Si微球表面包覆聚吡咯(PPy),得到PPy包覆的P-Si微球(P-Si@PPy),最后将P-Si@PPy置于Ar气氛中在800°C下煅烧3 h得到氮掺杂碳包覆多孔硅(nitrogen-doped carbon-coated porous silicon,P-Si@NC)微球.利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)以及电化学测试等手段对材料的形貌、结构及电化学性能进行表征.结果表明,多孔硅微球直径在1μm左右,氮掺杂碳层的厚度约为18 nm.将P-Si@NC复合材料应用于锂离子电池负极,在0.1 A/g电流密度下首次放电比容量高达2609.2 mAh/g,首次库伦效率达87.52％,充放电循环50次后放电比容量仍能达到1574.8 mAh/g,展示出优异的电化学性能.P-Si@NC微球的多孔结构为嵌/脱锂过程中硅的膨胀/收缩提供了缓冲空间,氮掺杂碳层既作为保护层维持颗粒的完整性,又加速了锂离子和电子转移.