鋰離子電池硅-碳復合負極材料的制備及其性能研究.pdf

1、鋰離子電池是新型的能源儲存介質(zhì)，其具有高電壓、長循環(huán)壽命、高比容量、低自放電、高安全性、環(huán)保無污染、無記憶效應等優(yōu)良的特性。目前，鋰離子電池已經(jīng)廣泛被應用于手機、筆記本電腦以及數(shù)碼產(chǎn)品等便攜式電子設備，隨著人類社會的持續(xù)發(fā)展，不可再生資源的日益枯竭，鋰離子電池必定會在電動汽車(EVS)、混合動力汽車等上面具有更廣泛的應用前景。但是，傳統(tǒng)的鋰離子電池其容量較小，已經(jīng)無法滿足人們對大容量的鋰電池的迫切需求。因此，開發(fā)新的鋰離子電池材料迫在眉

2、睫。硅負極材料具有最高的理論比容量(4200mAh/g)，同時具有較低的嵌鋰/脫鋰電勢。因此，硅材料可以用來開發(fā)新一代的鋰離子電池，以便提高其容量。但是，即使硅材料具備前面所介紹的諸多優(yōu)點，其商業(yè)化進程也并非一帆風順，因為其循環(huán)過程中會產(chǎn)生巨大的體積膨脹(＞300％)。而碳材料雖然比容量較小，但是其循環(huán)性能較好，結(jié)構穩(wěn)定。因此，我們可以結(jié)合這二者的優(yōu)勢，制備出新型可用于鋰離子電池的負極硅-碳復合材料。
　　本文主要采用三種方法對一

3、氧化硅進行性能改進，分別制備出了一氧化硅微米顆粒以及兩種不同的空心核殼硅-碳復合材料。通過X射線衍射儀(XRD)、拉曼光譜、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、EDS能譜對其形貌和結(jié)構進行表征，并且利用藍電電池測試系統(tǒng)對其電化學性能進行測試，得到所制備的硅碳復合物的電化學性能。經(jīng)過球磨后的一氧化硅首次充放電循環(huán)比容量較高，可以達到1814mAh/g，但是其庫倫效率較低，僅有50.04％。持續(xù)進行充放電測試后一氧化硅電極材

4、料的容量會大量損失，但是其容量衰減幅度會降低，庫倫效率經(jīng)過波動后會逐漸增加。經(jīng)過60次充放電循環(huán)后庫倫效率為99.2％，電極材料的比容量為59mAh/g，這也說明了通過球磨對一氧化硅來進行改性來制備鋰離子電池負極材料的比容量較低，所以還遠遠不能滿足應用需求，還需要進一步進行改性。以檸檬酸作為碳源高溫熱解成功制備出空心核殼結(jié)構的硅-碳復合材料，形貌測試的結(jié)果表明，材料的制備最佳條件為在600℃下保持4小時，且SiO與檸檬酸的最佳比例為1∶

5、2.5。電化學性能測試的結(jié)果顯示，當采用0.1C進行充放電測試的時候，庫倫效率呈遞增趨勢。且?guī)靷愋史€(wěn)定在95％以上時，放電比容量為560mAh/g，充電比容量為530mAh/g。采用化學氣相沉積法沉積乙炔碳的方式制備出空心核殼結(jié)構的硅-碳復合材料，探索化學氣相沉積(CVD)法沉積乙炔碳的條件，經(jīng)過測試得出的最佳條件為，首先在600℃下沉積20分鐘，隨后升溫至800℃下沉積1小時。電化學性能測試的結(jié)果表明，當采用0.1C的充放電條件進行