鋰離子電池用硅基復合負極材料的制備及電化學性能研究.pdf

1、硅因具有高的理論容量(4200mAh/g)和豐富的資源有望成為替代石墨負極的候選材料之一。但是硅負極材料低的導電率、嚴重的體積效應和差的循環(huán)穩(wěn)定性等缺點,嚴重制約了其商業(yè)化應用。碳材料是離子和電子的混合導體,在充放電過程中體積變化小,且具有良好的延展性和彈性,可以作為硅負極材料的“緩沖基體”。此外,兩者的嵌鋰電位相近,因此,結合兩者的優(yōu)點有望制備出具有高容量和良好循環(huán)性能的新型鋰離子電池材料。
　　本研究分別采用苯胺和淀粉為碳源,

2、納米硅為硅源,并通過不同的制備方法制備硅/碳復合負極材料。
　　(1)以納米硅和苯胺為原料,通過乳液聚合和高溫熱解兩步法制備硅/碳復合負極材料,研究中采用掃描電鏡、紅外光譜和X-射線衍射對復合材料結構進行表征,并將其作為鋰離子電池負極材料探討硅/苯胺質量比和負電極片制備工藝對其電化學性能的影響。研究表明:納米硅表面成功包覆了聚苯胺,且在高溫碳化過程中納米硅與碳之間沒有生成電化學惰性的碳化硅;復合負極材料制備過程中硅/苯胺質量比為1

3、:2,負電極片制備過程中復合負極材料/導電劑(Super p)/粘結劑(羧甲基纖維素鈉,CMC)的比例為85:5:10且采用pH=3的檸檬酸/氫氧化鉀緩沖液作為調漿溶劑時,所制備復合負極材料表現(xiàn)出高的比容量和良好的循環(huán)性能,經20次循環(huán)后可逆容量仍為1013mAh/g。
　　(2)以納米硅和馬鈴薯淀粉為原料,通過高溫熱解和球磨兩步法制備硅/碳復合負極材料,并將其作為鋰離子電池負極材料探討制備過程中球磨時間、硅石墨比例、調漿液pH值

4、及粘結劑等因素對復合材料電化學性能的影響機制。結果表明:硅/石墨比為4:8,球磨時間為10小時,復合材料:導電石墨:CMC=85:5:10, pH=3的檸檬酸/氫氧化鉀緩沖液作為調漿溶劑時,復合材料的首次充放電比容量分別是1347mAh/g、934mAh/g,20次循環(huán)后充放電比容量仍高達1034.08mAh/g、985.34mAh/g,該復合材料顯示出良好的電化學性能。這是由于淀粉基炭包覆能夠有效地緩解由于硅在充電過程中體積膨脹而引起