鋰離子電池負(fù)極材料硅-硅氧化物-錫-碳的制備及性能研究.pdf

1、碳材料作為鋰離子電池負(fù)極材料,具有很好的循環(huán)壽命和安全性。盡管碳材料表現(xiàn)出良好的可逆性和循環(huán)性,但理論比容量只有372 mAh g-1,無法滿足高能量密度的電子產(chǎn)品和電動車用鋰離子電池的需要。作為鋰離子電池負(fù)極材料硅具有最高的理論比容量(4200 mAh g-1),錫也具有較高的理論比容量(994mAh g-1)。但是,在電池充放電過程中,隨著鋰離子的嵌入和脫出,其體積膨脹和收縮很大而很容易碎裂,導(dǎo)致電極被破壞而在幾個循環(huán)后容量衰減很快

2、,甚至消失。因此,目前大量的研究工作者都致力于研究和解決其循環(huán)性能差的問題。
　　 本論文根據(jù)大量的國內(nèi)外文獻(xiàn)資料調(diào)研,緊跟該領(lǐng)域的研究前沿,采用碳熱還原法和高溫固相法合成了改性的硅.硅氧化物-錫／碳鋰離子電池負(fù)極復(fù)合材料,并考察了不同溫度及碳改性對材料性能的影響。然后,將材料的表征方法和電化學(xué)測試手段相結(jié)合,對材料性能進(jìn)行了測試,通過實驗研究得出結(jié)論如下:
　　 1.采用碳熱還原法,制備出硅-硅氧化物-錫／碳復(fù)合材料作

3、為鋰離子電池的負(fù)極材料,研究了其電化學(xué)性能。氮氣氣氛下分別在不同溫度焙燒,自然冷卻至室溫制得不同焙燒溫度下的不同樣品,在電流密度為150 mA g-1下測試其放電比容量和循環(huán)性能,得到950℃下制得的樣品首次放電比容量最高,達(dá)1475 mAhg-1,進(jìn)行60個循環(huán)后仍保持最高的比容量,說明在950℃下制得的硅-硅氧化物-錫／碳復(fù)合材料作為負(fù)極材料,其電化學(xué)性能最佳。
　　 2.通過糠醇和鹽酸發(fā)生聚合反應(yīng),采用高溫固相法制備出碳改

4、性的硅-硅氧化物-錫／碳復(fù)合材料,并與未用碳改性的硅-硅氧化物-錫／碳復(fù)合材料作比較,采用XRD和SEM進(jìn)行表征,研究了其電化學(xué)性能。硅-硅氧化物-錫／碳復(fù)合材料(a)和碳改性的硅-硅氧化物-錫／碳復(fù)合材料(b)在150 mA g-1的電流密度下充放電,(a)首次放電比容量為1475 mAh g-1,首次充電比容量為575 mAh g-1；(b)首次放電比容量可高達(dá)1595 mAh g-1,首次充電比容量為712 mAh g-1。碳改性

5、的硅-硅氧化物-錫／碳復(fù)合材料在電流密度為90 mA g-1、150 mAg-1、225 mAg-1時其首次放電比容量分別為1628 mAh g-1、1595 mAh g-1、1184 mAh g-1,即隨著電流密度增加,首次放電比容量下降。對于高倍率225 mA g-1下充放電循環(huán),120次循環(huán)后容量與第20次相比可保持在60％。從而可以看出,碳改性的硅-硅氧化物-錫／碳復(fù)合負(fù)極材料的放電比容量有較大提高,循環(huán)性能顯著改善,大大改進(jìn)了