鋰離子電池用硅基復(fù)合負(fù)極材料的制備及電化學(xué)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(fù)極的候選材料之一。但是硅負(fù)極材料低的導(dǎo)電率、嚴(yán)重的體積效應(yīng)和差的循環(huán)穩(wěn)定性等缺點(diǎn),嚴(yán)重制約了其商業(yè)化應(yīng)用。碳材料是離子和電子的混合導(dǎo)體,在充放電過(guò)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(fù)極材料的“緩沖基體”。此外,兩者的嵌鋰電位相近,因此,結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)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(guò)不同的制備方法制備硅/碳復(fù)合負(fù)極材料。
　　(1)以納米硅和苯胺為原料,通過(guò)乳液聚合和高溫?zé)峤鈨刹椒ㄖ苽涔?碳復(fù)合負(fù)極材料,研究中采用掃描電鏡、紅外光譜和X-射線(xiàn)衍射對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,并將其作為鋰離子電池負(fù)極材料探討硅/苯胺質(zhì)量比和負(fù)電極片制備工藝對(duì)其電化學(xué)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(guò)程中納米硅與碳之間沒(méi)有生成電化學(xué)惰性的碳化硅;復(fù)合負(fù)極材料制備過(guò)程中硅/苯胺質(zhì)量比為1

3、:2,負(fù)電極片制備過(guò)程中復(fù)合負(fù)極材料/導(dǎo)電劑(Super p)/粘結(jié)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(diào)漿溶劑時(shí),所制備復(fù)合負(fù)極材料表現(xiàn)出高的比容量和良好的循環(huán)性能,經(jīng)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(guò)高溫?zé)峤夂颓蚰刹椒ㄖ苽涔?碳復(fù)合負(fù)極材料,并將其作為鋰離子電池負(fù)極材料探討制備過(guò)程中球磨時(shí)間、硅石墨比例、調(diào)漿液pH值

4、及粘結(jié)劑等因素對(duì)復(fù)合材料電化學(xué)性能的影響機(jī)制。結(jié)果表明:硅/石墨比為4:8,球磨時(shí)間為10小時(shí),復(fù)合材料:導(dǎo)電石墨:CMC=85:5:10, pH=3的檸檬酸/氫氧化鉀緩沖液作為調(diào)漿溶劑時(shí),復(fù)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(dá)1034.08mAh/g、985.34mAh/g,該復(fù)合材料顯示出良好的電化學(xué)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(guò)程中體積膨脹而引起