MWCNT@SiO2纳米同轴电缆的制备及储锂性能

doi:10.7503/cjcu20140352

高等学校化学学报 ›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (1): 175.doi: 10.7503/cjcu20140352

MWCNT@SiO₂纳米同轴电缆的制备及储锂性能

石慧敏, 王惠, 尹金维, 朱青云, 吴平(), 唐亚文, 周益明(), 陆天虹

江苏省新型动力电池重点实验室, 江苏省生物医药功能材料协同创新中心, 南京师范大学化学与材料科学学院, 南京 210023

收稿日期:2014-04-14 修回日期:2014-12-16 出版日期:2015-01-10 发布日期:2014-12-16
作者简介:联系人简介: 吴平, 男, 博士, 讲师, 主要从事锂离子电池方面的研究. E-mail: zjuwuping@gmail.com 周益明, 男, 博士, 教授, 主要从事锂离子电池及电化学传感器方面的研究. E-mail: zhouyiming@njnu.edu.cn
基金资助:
江苏省产学研前瞻性研究项目(批准号: BY2013001-01)、江苏省自然科学基金(批准号: BK20130900)和江苏省高校自然科学基金(批准号: 13KJB150026)资助

Preparation and Lithium Storage Performance of MWCNT@SiO₂ Coaxial Nanocables^†

SHI Huimin, WANG Hui, YIN Jinwei, ZHU Qingyun, WU Ping^*(), Tang Yawen, Zhou Yiming^*(), Lu Tianhong

Jiangsu Key Laboratory of New Power Batteries, Jiangsu Collaborative Innovation Center of Biomedical Functional Materials, School of Chemistry and Materials Science, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China

Received:2014-04-14 Revised:2014-12-16 Online:2015-01-10 Published:2014-12-16
Contact: WU Ping,Zhou Yiming E-mail:zjuwuping@gmail.com;zhouyiming@njnu.edu.cn
Supported by:
† Supported by the Industry-Academia Cooperation Innovation Fund Project of Jiangsu Province, China(NoBY2013001-01), the Natural Science Foundation of Jiangsu Province, China(NoBK20130900) and the Natural Science Foundation of Jiangsu Higher Education Institutions, China(No.13KJB150026)

摘要/Abstract

摘要：

以多壁碳纳米管(MWCNT)为模板, 通过正硅酸乙酯(TEOS)的水解缩聚反应制得MWCNT@SiO₂纳米同轴电缆. 采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学测试对样品的形貌、结构及电化学性能进行表征. 结果表明, MWCNT表面包覆了一层厚度均匀的多孔SiO₂层, 利于其获得较好的储锂性能. 作为锂离子电池负极材料, MWCNT@SiO₂纳米同轴电缆表现出了较高的比容量和较好的循环性能. 在100 mA/g电流密度下经过80次循环, MWCNT@SiO₂纳米同轴电缆的放电比容量仍高达431.7 mA·h/g, 高于石墨材料的理论比容量(372 mA·h/g).

关键词: 锂离子电池, 负极材料, MWCNT@SiO2, 纳米同轴电缆, 水解缩聚反应

Abstract:

MWCNT@SiO₂ coaxial nanocables were prepared via a facile hydrolysis-condensation process of tetraethyl orthosilicate(TEOS) with multi-walled carbon nanotubes(MWCNT) as templates. The morphology, structure and electrochemical performance of the nanohybrids were characterized by transmission electron microscopy(TEM), scanning electron microscopy(SEM), and electrochemical measurements. It is indicated that the MWCNT templates have been fully wrapped by SiO₂ layer with uniform thickness and porous nature, which is beneficial for the enhanced Li-storage capabilities of the MWCNT@SiO₂ nanohybrids. When evaluated as anode materials for Li-ion battery, the MWCNT@SiO₂ coaxial nanocables exhibit high specific capacities and excellent cycling performance. For example, the MWCNT@SiO₂ coaxial nanocables are able to deliver a high discharge capacity of 431.7 mA·h/g after 80 cycles at a current density of 100 mA/g, which is higher than the theoretical capacity of graphite(372 mA·h/g). The facile synthetic methodology and enhanced lithium-storage performances of the MWCNT@SiO₂ coaxial nanocables make it an ideal anodic candidate for high-energy and long-life Li-ion batteries(LIBs).

Key words: Li-ion battery, Anode material, MWCNT@SiO₂, Coaxial nanocable, Hydrolysis-condensation reaction

中图分类号:

O646

TrendMD:

石慧敏, 王惠, 尹金维, 朱青云, 吴平, 唐亚文, 周益明, 陆天虹. MWCNT@SiO₂纳米同轴电缆的制备及储锂性能. 高等学校化学学报, 2015, 36(1): 175.

SHI Huimin, WANG Hui, YIN Jinwei, ZHU Qingyun, WU Ping, Tang Yawen, Zhou Yiming, Lu Tianhong. Preparation and Lithium Storage Performance of MWCNT@SiO₂ Coaxial Nanocables^†. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(1): 175.

图/表 6

Fig.1 XRD patterns of the pristine MWCNT(a) and MWCNT@SiO2 coaxial nanocables(b)

Fig.2 SEM(A, C) and TEM(B, D) images of the pristine MWCNT(A, B) and MWCNT@SiO2 coaxial nanocables(C, D) Insets in (A) and (C) are the magnified SEM images of the white rectangular regions.

Fig.3 TEM images with different magnification(A, B) and corresponding elemental mappings of Si(A1, B1), O(A2, B2), C(A3, B3) and their overlap(A4, B4) of the MWCNT@SiO2 coaxial nanocables

Fig.4 TGA curve of the MWCNT@SiO2 coaxial nanocables

Fig.5 The first three CV curves of the MWCNT@SiO2 coaxial nanocables in the potential range of 0—3.0 V(scan rate: 0.1 mV/s)

Fig.6 Discharge/charge capacities(A) and Coulombic efficiencies(B) for the pristine MWCNT and MWCNT@SiO2 coaxial nanocables in potential range 0—3 V(current density: 100 mA/g)

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MWCNT@SiO₂纳米同轴电缆的制备及储锂性能

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