直流电弧法制备硅纳米线及其电化学性能

采用直流电弧等离子体蒸发法,在氢/氩气氛中蒸发Si/Fe微米粉体混合压制的块体靶材,通过瞬态VLS生长机制合成纳米线。分析TEM结果表明,Si纳米线直径约20 nm,长度约100 nm,形貌均匀,端部为FeSi2催化剂颗粒,形成以催化剂颗粒为中心的无序辐射状网络结构,体现出VLS机制生长产物的基本特征。XRD结果表明,产物主相为硅,其中(111)面衍射峰最强,结合TEM图像分析可以判定Si纳米线沿(111)晶面生长。EDS能谱分析结果表明纳米粉体中Si含量为97.4%(质量分数)、Fe含量为2.6%(质量分数)。将Si纳米线作为锂离子电池负极活性材料,其电化学性能测试结果表明在150 mA/g恒电流下首次放电容量为1 704 mAh/g,循环50次后容量保持有514 mAh/g。另外,Si纳米线负极还表现出较好的倍率性能,当电流从1 A/g恢复到0.1 A/g后,容量提高至802 mAh/g,说明在高倍率的充放电之后电极依然保持原有微观结构未变坏,保持着优异的充放电性能