【摘要】 与非晶SiO相比，mSiOx的XRD图谱中，晶硅(111)、(220)、(311)晶面对应的特征峰出现在28.44°、47.3°、56.12°处，且特征峰对应于石英相SiO2(101)和(200)晶面出现在21.76°和35.91°。

SiO由于其丰富性和高理论比能量密度而成为锂离子电池最具吸引力的负极材料之一。然而，SiO的体积膨胀和较差的导电性严重限制了其实际应用。本文以歧化SiO(mSiOx)为基础，以磷酸为反应介质，通过原位聚合在mSiOx颗粒表面制备了均匀致密的聚苯胺碳涂层。与未涂覆的mSiOx相比，mSiOx@C复合材料在长循环后表现出优异的电化学稳定性，尽管其初始库仑效率略有降低。物理表征和电化学测试表明，碳层成功掺杂了N和P元素，并且mSiOx@C复合材料的电化学性能受到碳的相对含量及其形貌的强烈影响。半电池实验表明，mSiOx@C负极在1 A g−1的电流密度下循环200次后，放电比容量为682 mAh g−1。

 

Fig. 1 Schematic diagram of preparation process of mSiOx@C[1]

 

mSiOx@C复合材料的制备如图 1. 0.05 g Na2CO3 和 0.95 g 市售 SiO 在玛瑙研钵中混合半小时，然后在马弗炉中在 Ar 气氛下于 850 ℃ 热处理 12 h（加热速率为 5 ℃ min−1 ）。冷却、洗涤、干燥后，得到歧化SiO粉末(mSiOx)。在搅拌条件下在0℃的温度下将苯胺(0.2g、0.4或0.8g)添加到40ml 1M H3PO4中。然后，在搅拌下向该溶液中添加0.4g mSiO x 粉末，得到溶液A。相应地，在另一个烧杯中加入过硫酸铵（APS，APS与苯胺的摩尔比为1:1），并加入40mL 1M H3PO4，记为溶液B。将溶液B缓慢加入到溶液A中，在0℃下反应6 小时。过滤，用去离子水和乙醇洗涤，并在60℃真空烘箱中干燥后，将所得粉末置于氩气气氛的管式炉中，在900℃下煅烧3h。根据苯胺的添加量（0.2 g、0.4 或 0.8 g），获得的样品分别表示为 mSiOx@C-1、mSiOx@C-2 和 mSiOx@C-3。相比之下，将 1 M H3PO4 替换为 1 M HCl，其他操作不变，含有 0.4 g 苯胺单体的样品记为 mSiOx@C-4。

 

Fig. 2 a XRD patterns of SiO, mSiOx, and different mSiOx@C composites, b Raman spectra of mSiOx and mSiOx@C-2[1]

 

SiO、mSiOx和d mSiOx@C复合材料的相结构如图2a所示。与非晶SiO相比，mSiOx的XRD图谱中，晶硅(111)、(220)、(311)晶面对应的特征峰出现在28.44°、47.3°、56.12°处，且特征峰对应于石英相SiO2(101)和(200)晶面出现在21.76°和35.91°。这些特征峰表明，无定形 SiO 与 Na2CO3 的添加发生歧化反应，生成结晶 Si 和 SiO2。mSiOx@C样品的特征峰位置基本相同，尽管峰的衍射强度随着苯胺单体含量的增加而逐渐减弱，表明PAN基碳涂层对样品的晶体结构影响很小。

 

此外，在光谱中没有发现与碳相关的衍射峰，这表明碳层是无定形碳。根据TG结果（图S1），计算出mSiOx@C-1、mSiOx@C-2和mSiOx@C-3中的碳含量分别约为15.9%、27%和43.2%。进行拉曼进一步探测样品的结构信息（图2b）。 mSiOx 和 mSiOx@C-2 在 514 cm−1 处存在尖峰，证实了晶体 Si 的存在。 300 cm−1 和 929 cm−1 处的弱峰代表 Si 的二级光谱。与mSiOx不同，mSiOx@C-2表现出碳材料的两个特征峰，D峰和G峰。 1335.6 cm−1 处的 D 峰是缺陷引起的，1573.9 cm−1 处的 G 峰主要是由 sp2 碳原子的拉伸引起的。通过高斯拟合计算，mSiOx@C-2中D峰和G峰的强度比（ID/IG）为2.59，表明高温碳化后PAN基碳高度无序。

 

[1]Wang, C., Feng, X., Chen, R. et al. Carbon-coated disproportionated SiO composite as anode materials for lithium-ion batteries. J Appl Electrochem (2023). https://doi.org/10.1007/s10800-023-02021-8

 

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