高硅沸石在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著鋰離子電池在儲能領(lǐng)域和新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，現(xiàn)有鋰離子電池的能量密度、循環(huán)性能和安全性能逐漸難以滿足要求?，F(xiàn)今鋰電池的負(fù)極材料主要為能量密度小的石墨類碳材料。在已被應(yīng)用或者研究的鋰電池負(fù)極材料中，硅及硅的氧化物負(fù)極材料因為具有很高的理論比容量和安全性能，被廣泛認(rèn)為是能夠替代石墨類負(fù)極材料的下一代鋰電池負(fù)極材料。但是硅材料在反復(fù)充放電過程中會粉末化從而導(dǎo)致材料的失效。
　　沸石是一種天然或者人工合成的具有分子篩框架結(jié)構(gòu)的材料，其

2、主要成份為硅鋁酸鹽。高硅沸石是高硅鋁比的沸石，本課題中使用的高硅沸石是人工合成的。該高硅沸石的硅氧的摩爾接近比為1:2，是一種含氧框架硅材料。沸石框架之間的孔隙能夠緩解活性硅在電化學(xué)循環(huán)中的體積膨脹。但是沸石具有顆粒大，電導(dǎo)率低，活性硅相對含量低的缺點。因此本課題主要研究內(nèi)容包括合適粒徑沸石的制備，沸石導(dǎo)電性的提高例如熱解碳包覆沸石，石墨烯包覆沸石，以及沸石活性硅含量的提高等。
　　沸石合成采用水熱法，以四丙基氫氧化銨（TPAOH

3、）為模板劑。控制合成溫度與合成時間分別為100℃，20h時，合成的沸石顆粒純度最高，粒徑在200~300nm之間。該沸石顆粒在100mA/g電流密度下，首次放電比容量為115.2mAh/g，循環(huán)20次后的放電比容量為81mAh/g，庫倫效率為98.6％。
　　為了提高導(dǎo)電性，將沸石包碳。分別采用酚醛樹脂、葡萄糖為熱解碳源，獲得團(tuán)塊狀和球狀的碳包覆沸顆粒。碳包覆沸石復(fù)合物中，沸石/酚醛樹脂質(zhì)量比為2:1時復(fù)合物性能較優(yōu)，初次放電比容

4、量達(dá)到665.8mAh/g，庫倫效率為57.5%，循環(huán)20次后的放電比容量維持在163.5mAh/g，庫倫效率為99%。采用鎂熱還原提高活性硅相對含量后，葡萄糖濃度為5mg/mL時的前驅(qū)體制備得到的球狀碳包覆中空硅殼的復(fù)合物，首次放電比容量達(dá)到896mAh/g，首次庫倫效率為51%，循環(huán)50次后放電比容量維持在239.4mAh/g，庫倫效率為99.2%，鎂熱還原一定程度上提高了復(fù)合物的性能。
　　采用石墨烯為導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)包覆沸石時，采

5、用還原氣氛煅燒法制備的沸石/石墨烯復(fù)合物，沸石顆粒完全分散在石墨烯片層之間，形貌和性能要高于采用溶劑熱還原法制備的復(fù)合物。采用還原氣氛煅燒法制備復(fù)合物時，沸石/石墨烯質(zhì)量比為1:1時的樣品，初次放電比容量上升到830.5mAh/g，循環(huán)50次后，放電比容量維持在363.9mAh/g，庫倫效率為99.4%，循環(huán)性能和比容量要優(yōu)于包碳沸石和純沸石。鎂熱還原后，沸石/石墨烯質(zhì)量比為5:1時，初次放電比容量達(dá)到3442.6mAh/g，充電比容量