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发布时间：2019.09.09
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Si -CB复合材料的X射线衍射（XRD）图案。检测到非常强且未移位的Si峰，证实了Si在复合材料中的存在。在图3中示出了Si -CB复合物和纯CB的BET图。碳化硅-碳化硼复合材料的曲线出现在碳化硅曲线之上，这是因为碳化硅结构中的硅纳米颗粒吸附的氮量大大增加。由BET计算的比表面积，由于整体吸附的增加，Si–CB复合材料的比表面积也增加，其中CB和Si–CB的计算值分别为202和220m 2=g。由吸附曲线计算得到的CB和Si–CB的孔容分别为0.0035和0.0012cm 3=g，表明纳米硅降低了总孔容。
因此，可以假设硅纳米颗粒存在于CB的附聚物之间形成的空间中。图4显示了制备的Si-Cb复合材料的亮场扫描透射电子显微镜（BF-TEM）图像。可以看出，20至30纳米的初级碳颗粒形成具有链状形状的团聚体。该图像还显示了团聚体之间的空隙空间以及这些空隙中50-200纳米硅颗粒的存在。因此，Si纳米颗粒被分散在表面上并被困在CB的空隙空间中。这些观察结果进一步支持了从氮吸附=解吸等温线得到的结论。重要的是，CB显示了由小团聚体之间的连接形成的大网络。因此，如果发生体积膨胀，硅可以留在结构中，因为CB网络的曲折性质。
通过一系列恒电流充放电实验，研究了炭黑中空隙对Si-炭黑复合电极电化学性能的影响。图5(a)显示了硅炭黑在C=5、C=2和C的速率下前三个循环的充放电曲线，计算的不可逆容量分别为1005、801和553mAh=g。虽然放电电流随板条箱的增加而增加，但放电容量并没有显著降低。这被认为是由于锂离子在活性材料内的扩散是由大的比表面积促成的。然而，由于大的比表面积促进了SEI层的形成，第一循环中的不可逆容量约为1000mAh＝g，因此，计算的库仑效率(CE)约为55％。这种大的不可逆容量在纳米级活性材料中是不可避免的。然而，它可以通过预锂化工艺得到充分的降低。图5（b）以1 C的速率示出了50次循环下的SI - CB的长期循环性能[图5（b）]。每个充放电过程的CE平均大于95%，表明在材料表面形成了稳定的SEI层。
另一方面，放电容量随着循环次数的增加而逐渐减小，经过50次循环后，放电容量逐渐减小到260毫安＝g。虽然通过循环使Si–CB的放电容量不断降低，但是可以通过优化浆料涂覆工艺要素(例如，粘合剂类型、粘合剂用量和干燥速度)来防止这种情况。此外，如果使用尺寸均匀(10nm或更小)的较小的Si纳米颗粒，则循环性能有望进一步提高，因为如果p制品直径小于150纳米。23)此外，纳米材料中高密度的晶界为锂离子提供了快速扩散路径，并充当额外的锂储存位点。24、25）4。结论采用SPP法成功制备了硅-炭黑复合材料，通过N2气体吸附曲线观察了硅纳米颗粒存在下炭黑孔体积的变化。TEM图像证实了硅纳米粒子被成功地捕获在炭黑网络结构的空隙空间中。恒电流充放电曲线表明，CB的空隙空间可以防止纳米硅颗粒体积膨胀引起的循环性能下降。如果使用较小的硅纳米颗粒(10nm或更小)和较窄的尺寸分布来合成炭黑复合材料，则预期将获得更好的结果。
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