鋰離子電池硅基負極材料的制備及電化學性能.pdf

1、鋰離子電池硅鋰離子電池硅基負極材料的制備及負極材料的制備及電化學電化學性能性能PreparationElectrochemicalPropertiesofsiliconbasedanodeMaterialfLithiumionBatteries專業(yè)：應用化學作者姓名：馮明燕指導教師：田建華教授天津大學化工學院二零一五年五月摘要硅材料具有最高的理論比容量（4200mAhg）和適中的電位平臺（~0.4VvsLiLi），具有獨特的優(yōu)勢和發(fā)展?jié)?/p>

2、力。然而硅材料在充放電的過程中產(chǎn)生劇烈的體積效應（＞300%）和低的本征導電率是制約硅負極材料發(fā)展和商業(yè)化的主要因素。本文從優(yōu)化硅電極制備工藝和合成硅復合材料兩方面來改善硅負極鋰離子電池電化學性能。優(yōu)化硅電極制備工藝，研究了導電劑、粘結劑和電解液添加劑的種類及含量對鋰離子電池硅電極電化學性能的影響，通過綜合性能評估和機理分析確定與硅材料匹配最佳的工藝條件。結果表明，采用15wt%的導電劑SuperP與15wt%的粘合劑CMC制備的硅電極

3、首次充電比容量為2971.3mAhg，首次庫倫效率為80.5%，循環(huán)50次后可逆比容量保持在1143.8mAhg。在上述優(yōu)化基礎上，當FEC優(yōu)化后的添加量為10wt%時，在1Ag下經(jīng)100次充放電循環(huán)后，硅電極可逆比容量為842.6mAhg1。其次，采用電子束沉積法制備硅薄膜電極，通過控制沉積時間來改變沉積厚度，研究了硅薄膜的晶態(tài)、厚度對其電化學性能的影響。結果表明，沉積在銅箔上的硅薄膜是非晶狀態(tài)，其電化學行為與晶態(tài)硅的基本一致。當沉積

4、的硅薄膜的厚度為270nm時，電池呈現(xiàn)出相對較穩(wěn)定的循環(huán)性能。在1C倍率下充放電循環(huán)時，首次可逆比容量為3215.0mAhg1，循環(huán)50次后，容量保持在905.0mAhg1。設計制作了用于研究光力學電化學測試的模擬電池，已獲得其硅電極在充放電過程中的形變初步信息。采用化學氧化還原法原位聚合得到包覆型硅聚苯胺復合材料。研究了酸摻雜的聚苯胺在電解液體系中的電化學行為，聚苯胺在復合材料的含量對硅基材料結構和性能的影響，結果說明，酸摻雜的聚苯胺

5、在鋰電的電解液體系中仍存在一定電導率，且聚苯胺的存在并不影響硅的電化學行為并可以一定程度上提高電極的導電率。聚苯胺包覆納米硅后形成的核殼結構可有效地緩解硅在脫嵌鋰過程中的體積膨脹效應，提高了硅基材料的電化學性能。當聚苯胺含量為12.3wt%，在2Ag1下充放電循環(huán)時，硅聚苯胺電極的首次比容量保持在1065.1mAhg1，50次循環(huán)后比容量保持在766.6mAhg1，保持率為首次比容量的72%。將包覆在納米硅的聚苯胺為碳源來制備硅碳復合材