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硅材料理论比容量高、电压平台低、储量丰富，是一种理想的高比能量锂离子电池负极材料。然而硅的本征电导率极低，嵌脱锂过程中体积变化巨大，造成循环过程中活性物质的粉化及脱落，严重影响电池的循环寿命。本文制备了碳包覆Raney镍/碳纳米管/硅(RN/CNT/Si@C)、掺氮碳封装的硬碳/硅(HC/Si@NC)和嵌入型硅/掺氮碳(Si/NC)等复合材料以改善硅负极的电化学性能。
以多孔Raney镍(RN)为载体，通过球磨法和镁热还原法制备了RN/Si@C复合材料。研究了制备方法、碳纳米管(CNT)的添加对材料形貌及电化学性能的影响。羧基CNT可以在RN表面形成纤维状碳网络，并且能与SiO2形成氢键，增强基体与SiO2间的作用力。经过镁热还原后，CNT的网络结构可以对Si起到一定的固定作用，而且CNT形成的三维导电网络进一步提高了电子导电性，使RN/CNT/Si@C复合材料表现出较好的电化学性能，在0.1Ag-1的电流密度下循环100次可逆容量为467mAhg-1。
通过简单的静电自组装法，以自带负电的间苯二酚甲醛树脂球(RFS)作为硬碳核前驱体，与用正电荷修饰过的Si纳米粒子，再对材料进行掺氮碳包覆，制备了具有多级结构的HC/Si@NC复合材料。该材料具有的多级结构有效缓解了Si的体积膨胀，多孔碳有利于电解液的浸润，提供Li+传输通道，N掺杂碳包覆层提高了导电性，使得材料表现出优良的循环和倍率性能。在0.2Ag-1电流密度下循环100次可逆容量为541mAhg-1，在1Ag-1的大倍率下循环300次容量保持在350mAhg-1。
采用一步法，通过3-氨基酚和甲醛的聚合反应，制备嵌入型Si/NC复合材料，Si嵌入到多孔碳网络中，有效缓解了Si的体积效应，多孔结构也为Li+传输提供大量通道，而N掺杂则提高了材料的导电性和结构稳定性，使材料表现出优异的电化学性能，在0.5Ag-1电流密度下循环100次以上可逆容量保持在1169mAhg-1。倍率性能测试表明该材料在2Ag-1的大电流密度下仍有502mAhg-1的可逆容量，表现出优异的倍率性能。
以多孔Raney镍(RN)为载体，通过球磨法和镁热还原法制备了RN/Si@C复合材料。研究了制备方法、碳纳米管(CNT)的添加对材料形貌及电化学性能的影响。羧基CNT可以在RN表面形成纤维状碳网络，并且能与SiO2形成氢键，增强基体与SiO2间的作用力。经过镁热还原后，CNT的网络结构可以对Si起到一定的固定作用，而且CNT形成的三维导电网络进一步提高了电子导电性，使RN/CNT/Si@C复合材料表现出较好的电化学性能，在0.1Ag-1的电流密度下循环100次可逆容量为467mAhg-1。
通过简单的静电自组装法，以自带负电的间苯二酚甲醛树脂球(RFS)作为硬碳核前驱体，与用正电荷修饰过的Si纳米粒子，再对材料进行掺氮碳包覆，制备了具有多级结构的HC/Si@NC复合材料。该材料具有的多级结构有效缓解了Si的体积膨胀，多孔碳有利于电解液的浸润，提供Li+传输通道，N掺杂碳包覆层提高了导电性，使得材料表现出优良的循环和倍率性能。在0.2Ag-1电流密度下循环100次可逆容量为541mAhg-1，在1Ag-1的大倍率下循环300次容量保持在350mAhg-1。
采用一步法，通过3-氨基酚和甲醛的聚合反应，制备嵌入型Si/NC复合材料，Si嵌入到多孔碳网络中，有效缓解了Si的体积效应，多孔结构也为Li+传输提供大量通道，而N掺杂则提高了材料的导电性和结构稳定性，使材料表现出优异的电化学性能，在0.5Ag-1电流密度下循环100次以上可逆容量保持在1169mAhg-1。倍率性能测试表明该材料在2Ag-1的大电流密度下仍有502mAhg-1的可逆容量，表现出优异的倍率性能。