用于鋰電池負極的多孔硅材料的制備與優(yōu)化.pdf

1、目前商業(yè)化使用的鋰離子電池負極材料主要是石墨，但是石墨的理論比容量只有372mAh/g，無法滿足鋰離子電池對負極材料高容量的要求。硅具有非常高的理論比容量和較低的嵌/脫鋰電位，被認為是最有潛力實現(xiàn)高能量密度鋰離子電池的新型負極材料之一。但硅電極材料在嵌脫鋰過程中，存在著巨大的體積膨脹，使得電極粉末化，導致容量迅速衰減，成為其商業(yè)化發(fā)展的最大障礙。
　　本文采用不同方法分別制備了高孔隙率的多孔硅負極材料、銅修飾的多孔硅負極材料以及多

2、孔硅自支撐薄膜負極材料，并研究了其結構形貌和電化學性能。主要工作和成果有:
　　(1)采用電化學腐蝕、化學腐蝕的兩步腐蝕法制備多孔硅負極材料，通過對電解液配比、單晶硅襯底電阻率、電化學腐蝕電流、電化學腐蝕時間以及二次化學腐蝕時間等條件的優(yōu)化，得到了孔隙率為84％，孔徑為1.1μm的多孔硅材料。以該材料為負極的鋰電池首次放電比容量達到2392mAh/g，充電比容量達到1399mAh/g，經(jīng)過20次循環(huán)后，充放電比容量仍為188mAh

3、/g、198mAh/g。
　　(2)采用脈沖電沉積的方法使銅進入二次腐蝕制備的高孔隙率的多孔硅孔洞內(nèi)。該電極材料首次充、放電比容量為2413mAh/g、4282mAh/g，比起未沉積銅的多孔硅電極材料，首次充放電比容量分別增加了414mAh/g、1900mAh/g。經(jīng)過20次循環(huán)，該電極放電比容量仍保持在325mAh/g、360mAh/g，循環(huán)性能有所改善。
　　(3)在電化學腐蝕硅的過程中，采用逐步增加腐蝕電流的方法制備了

4、多孔硅自支撐薄膜電極材料。多孔硅薄膜的孔徑約為1～1.2μm，孔隙率約為77％，薄膜厚度約為90μm，孔洞排列整齊有序。該電極材料在前33個充放電循環(huán)中比容量小于10mAh/g，到第34個循環(huán)時，充放電比容量突然增加到2517mAh/g、3151mAh/g。掃描電鏡測試結果表明，經(jīng)過41個充放電循環(huán)后，薄膜電極粉末化，且粉末化的電極在充放電過程中發(fā)生團聚現(xiàn)象。本文最后還探索了碳-多孔硅自支撐薄膜復合材料的制備。
　　本文成功制備了