鋰離子電池硅負(fù)極材料的碳、銀修飾.pdf

1、隨著全球不可再生能源的日益緊缺,鋰離子電池作為一種清潔能源受到越來越多的關(guān)注；尤其是電動(dòng)汽車的迅猛發(fā)展,使得人們?cè)絹碓狡惹行枰热萘扛?、循環(huán)性能更好、安全可靠、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的新型電極材料,來取代傳統(tǒng)的鉛酸、鎳氫電池。然而,目前鋰離子電池的負(fù)極材料大多為碳材料,它的理論容量僅為372mAh／g,無法滿足人們對(duì)高能量密度材料的需求。因此碳并不是最理想的負(fù)極材料,尋找性能更加良好的非碳負(fù)極材料是鋰離子電池研究的重要課題。
　　 雖然Si

2、材料相對(duì)于其它電極材料具有更高的比容量(4200mAh／g),是一種有潛力的鋰離子電池負(fù)極材料,但是循環(huán)性較差的弱點(diǎn)使它無法大規(guī)模應(yīng)用。這主要是因?yàn)樵诿撲嚽朵嚂r(shí),Si的體積膨脹從而引起結(jié)構(gòu)垮塌、粉化、使其電子傳導(dǎo)能力喪失,最終導(dǎo)致可逆容量的損失。并且,Si材料自身的鋰離子導(dǎo)通性和導(dǎo)電性較弱,這也影響了它在大電流充放電下的循環(huán)性能。為了改善這些缺點(diǎn),人們嘗試了很多方法,其中有效的方法是制備含Si的納米復(fù)合材料。納米級(jí)別的Si具有更大的比表

3、面,更小的鋰離子脫嵌深度、更短的離子擴(kuò)散路徑,以及大電流充放電時(shí)更小程度的電極極化等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),這些優(yōu)點(diǎn)可以和復(fù)合材料各組份起到協(xié)同作用,達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的目的。
　　 本論文首先是對(duì)鋰離子電池原理、電極材料和最新的研究進(jìn)展進(jìn)行了概括,簡單介紹了納米材料作為鋰離子電池電極材料的特點(diǎn)；其次是對(duì)Si表面進(jìn)行碳包覆和添加Ag導(dǎo)電劑這兩種修飾方法做了具體研究,主要包括樣品的合成制備、形貌分析、充放電測試。同時(shí)對(duì)樣品進(jìn)行了XRD、SEM、TE

4、M、RAMAN和電化學(xué)等表征工作,具體如下:
　　 1.采用球磨法,制備尺寸均勻的Si顆粒；
　　 2.以球磨后的硅和葡萄糖為主要原料,采用水熱-化學(xué)沉積和高溫?zé)峤獾姆椒?合成了具有核殼結(jié)構(gòu)的C@Si復(fù)合材料,并對(duì)材料進(jìn)行了XRD、SEM、TEM、RAMAN和電化學(xué)表征。結(jié)果表面:經(jīng)過650℃高溫退火的最終樣品,表面包覆一層毛絨狀碳層,對(duì)樣品進(jìn)行了充放電測試,其首次放電容量為720mAh／g,第二次放電容量為300mAh

5、／g,經(jīng)過30周循環(huán)后,放電容量為150mAh／g。結(jié)果表明:經(jīng)過C包覆的Si相比純Si電極循環(huán)性能得到了一定的改善。
　　 3.將球磨后的Si顆粒直接制備成電極,再將其放入AgNO3(0.005M)和HF(5M)的混合溶液,在電極中的Si顆粒表面進(jìn)行原電池反應(yīng),將納米Ag顆粒均勻的填充到電極中。制備好的樣品需在氮?dú)獗Ｗo(hù)下50℃干燥,備用。我們對(duì)樣品進(jìn)行了XRD、SEM、TEM和電化學(xué)表征,分析了不同反應(yīng)時(shí)間,Ag顆粒在電極Si