碳材料與合金材料的復合是使材料走向實際應用的一種好方法

  不同碳材料含量的Mg2Si/C復合材料的充放電循環實驗表明,其電化學性能與碳材料的含量密切相關。當碳材料的含量適當時即可獲得佳的電化學性能;對以碳納米管(CNTs)或中間相碳球(CMS)作碳材料的兩種硅化物復合材料系列,其中性能佳的CMS40和CNT40的放電容量隨循環次數變化關系;并與未復合Mg2Si及CNTs和CMS作比較。這里,CMS40和CNT40分別代表復合材料中CMS和CNTs的質量百分含量各為40%,未復合的純Mg2S,i經循環數周后容量就很快衰減到50mAhg-1以下,而純CNTs及CMS材料的容量也僅能保持在200mAhg-1左右,當Mg2Si與兩種碳材料分別復合后,相應的電化學性能均明顯優于純碳材料和純Mg2Si材料,其中CNT40經30周循環后,可逆容量基本保持在300mAh/g左右,而CMS40的性能更佳,其放電容量經30周循環后還能保持在400mAh/g以上。顯然復合作用使兩種材料的循環穩定性得到很大的提高,其電化學性能也得到顯著的改善。
  復合方法是使合金類陽極材料走向應用的一種可行的辦法。2Si和CMS40復合材料組裝的電池于充放電循環前和以0.5mV/s的掃速在0023.0V電位區間經不同次數充放循環后的交流阻抗測試結果;如圖,Mg2Si(a)和CMS40(b)的EIS曲線都由一個高頻半圓和一條低頻的直線構成,半圓的出現可歸結為Mg2Si/C電極的電荷傳遞阻抗,根據半圓大小的變化便可獲得充放過程電極表面變化的信息。純Mg2Si的半圓變化很大,其半徑經循環20次后由循環前的0.7增至1.2,但對CMS40,其交流阻抗譜的半圓半徑起初僅為0.2,經1次循環后變為0.4,隨后繼續循環再也沒有發生明顯的變化,而且其值也遠小于Mg2Si材料的。以上表明Mg2Si和CMS的作用不但降低了Mg2Si/C電極的電荷傳遞阻抗,而且提高了充放電循環過程界面的穩定性。
  應用機械合金退火法制備Mg2Si和MnSi材料,顯示了次放電容量高,電位平臺低等優點,適合做鋰離子電池負極材料。Mg2Si與CNTs或CMS經球磨復合后,明顯地改善了硅合金材料的電化學穩定性,其中CMS40復合材料的可逆容量高達400mAh/g。碳材料與合金材料的復合是使材料走向實際應用的一種好方法,而球磨復合方法效果明顯且操作簡單,易于實現大規模的工業生產。
       更多信息請關注復合材料信息網http://m.lzzz.net