氫驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)法制備LixAlySiz鋰離子電池負極材料及其電化學(xué)性能.pdf

1、近年來，迅速減少的化石燃料儲量、持續(xù)攀升的油價以及對便攜式電子設(shè)備的需求加速了人們對鋰離子二次電池的研究。三元鋰化物材料Li-Al-Si具有比容量高(～1000 mAh/g)、充放電平臺電壓適中、體積膨脹較小、成本低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點，是一種潛在的鋰離子電池負極材料。但是，目前有關(guān)Li-Al-Si電化學(xué)儲鋰性能的報道并不多見，這主要是因為Li、Al、Si之間巨大的熔點差異(～1230℃)以及Li的易揮發(fā)性導(dǎo)致傳統(tǒng)熔煉技術(shù)制備Li-Al-

2、Si三元合金較為困難所致。本文在綜述Li-Al-Si材料的研究進展基礎(chǔ)上，針對其制備困難的問題，以LiH、Al和Si為原材料，嘗試用氫驅(qū)動的化學(xué)反應(yīng)(HDCR)法制備Li-Al-Si三元合金，系統(tǒng)研究所得產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)儲鋰性能，并進一步通過高能球磨(High Energy Ball Milling)法來改善其電化學(xué)性能。
　　通過LiH、Al和Si之間的熱化學(xué)反應(yīng)，成功制備出了LiAlSi、Li5AlSi2和Li7Al

3、3Si4樣品。研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)熔煉法相比，氫驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)法制備的LiAlSi、Li5AlSi2的純度較高，電化學(xué)性能得到明顯改善。所制備的LiAlSi、Li5AlSi2和Li7Al3Si4樣品的最大充電容量分別為1051、932和845 mAh/g，最大放電容量分別為1074、1080和997 mAh/g。30個循環(huán)后的最大充電容量分別衰減為795、446和448 mAh/g，最大放電容量分別衰減為801、456和445 mAh/g，放

4、電容量保持率分別為75、42和45％左右。
　　LiAlSi負極材料的電化學(xué)脫嵌鋰過程為兩步反應(yīng)，活性脫嵌鋰相為Li-Al-Si三元合金，有效抑制了脫嵌鋰過程的體積膨脹。Li5AlSi2負極材料的電化學(xué)脫嵌鋰的主要過程為單步反應(yīng)，經(jīng)過一個脫嵌鋰循環(huán)后的活性脫嵌鋰相為非晶Li-Al和Li-Si合金，兩相區(qū)的出現(xiàn)會導(dǎo)致晶格不匹配性的增加，從而樣品循環(huán)時的體積效應(yīng)明顯，最終表現(xiàn)為較快速的循環(huán)容量衰退。Li7Al3Si4負極材料的脫嵌鋰過

5、程則主要呈現(xiàn)兩步反應(yīng)。進一步球磨可以改變樣品的相組成和顆粒尺寸，從而改善其電化學(xué)性能。LiAlSi、Li5AlSi2和Li7Al3Si4分別經(jīng)過24、8和12h球磨后，最大充電容量分別為1227、1075和850mAh/g，最大放電容量分別為1255、1236和968mAh/g。30個循環(huán)后的最大充電容量分別衰減為932、636和551mAh/g，最大放電容量分別衰減為936、637和561mAh/g，放電容量保持率分別為75、52和5