硅基材料纳米管的制备及其锂离子电池性能研究

在用具有高产率的电纺丝方法制备的高分子纳米纤维表面，用等离子体CVD技术包覆本征的和掺杂的Si基材料，通过快速红外光退火制备出具有多孔结构的Si基材料纳米管。研究等离子体CVD参数、退火工艺条件等对纳米管形貌和微结构的影响，实现纳米尺寸的孔、洞和通道等结构的可控制备。以这些纳米管作为负极材料制备出高容量的锂离子电池，对电池的电容值、充放电性能等做系统的分析和评价，研究纳米管的形貌、结构和成分等对电池性能的影响，获得具有优异充放电性能和循环稳定性（比容量高于2500 mAh/g，循环次数大于300次）的锂离子电池样品，为Si基材料在锂离子电池中的应用提供可靠的实验数据和有价值的技术方案。

本项目重点研究了Si基材料纳米管的制备及其作为锂离子电池负极材料的性能。所开展的主要工作包括：（1）用电纺丝技术制备了高分子纳米纤维，通过优化工艺参数，实现了对纤维直径和均匀性的可控制备；（2）以高分子纳米纤维作为模板，用等离子体CVD和电子束蒸发技术包覆了Si基薄膜，并通过快速退火制备出具有多孔结构的Si基材料纳米管。通过研究Si基薄膜的沉积参数、退火工艺条件等对纳米管形貌和结构的影响，实现了纳米尺寸的孔、洞和通道等结构的可控制备；（3）以这些纳米管作为活性物质，研究制备了锂离子电池的阳极，对电极的比容量、充放电性循环性能等开展了系统的分析和评价；（4）研究了纳米管的纳米结构和导电性能等对电极性能的影响，通过优化材料性能参数和电极的制备工艺，获得了具有优良电化学性能的电极。Si电极的比容量高于2500 mAh/g，循环稳定性优异。. 项目还用电纺丝技术结合镁热还原直接制备出Si纳米管。用电纺丝技术结合热退火处理制备了碳纤维、用电化学沉积制备了纳米金属阵列、用CVD方法生长了金属硅化物纳米线等，并以这些纳米结构材料为核，用等离子体CVD和电子束蒸发技术包覆了Si基材料壳层。以这些核-壳结构作为活性物质，研究制备了锂离子电池阳极，对电极的比容量、充放电性循环性能等进行了系统的分析和评价。