鋰離子電池硅基復(fù)合負(fù)極材料的制備及結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、硅基負(fù)極材料由于具備目前已知最高的嵌鋰比容量，同時(shí)兼具資源儲(chǔ)量豐富、電化學(xué)嵌鋰電位低等優(yōu)點(diǎn)，成為目前極具吸引力的鋰離子電池負(fù)極材料。而微米/亞微米尺寸粉體硅更具振實(shí)密度高、體積比能量密度高、制備簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)，具有廣闊的實(shí)用前景。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于硅材料本征電子導(dǎo)電性差，同時(shí)在嵌脫鋰時(shí)會(huì)產(chǎn)生高達(dá)280％的體積形變，導(dǎo)致循環(huán)過(guò)程中容量的急劇衰減，尤其是微米/亞微米尺寸的Si負(fù)極材料，嚴(yán)重制約了其商業(yè)化應(yīng)用。
　　本文以微米/亞

2、微米尺寸Si基負(fù)極材料為研究對(duì)象，針對(duì)硅在嵌脫鋰過(guò)程中較大的體積變化引發(fā)的顆粒粉化使活性物質(zhì)失去電接觸及其導(dǎo)電性差，從而導(dǎo)致其循環(huán)性能差等問(wèn)題，通過(guò)在Si材料中添加氣相生長(zhǎng)碳纖維(VGCF)和采用機(jī)械球磨、噴霧干燥等方法，結(jié)合引入高電導(dǎo)率的碳及原位生成欠活性SiOx緩沖相等方法，致力于提高Si基負(fù)極材料的電化學(xué)性能。結(jié)合XRD、TEM等材料分析技術(shù)以及恒流充放電測(cè)試、交流阻抗譜等電化學(xué)分析手段，系統(tǒng)研究材料制備方法及工藝參數(shù)對(duì)材料組成及

3、性能的影響。
　　通過(guò)在微米Si負(fù)極材料中添加VGCF，在硅顆粒外部構(gòu)建立體導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，在提高材料電子電導(dǎo)率的同時(shí)，可有效緩解硅在嵌脫鋰時(shí)的體積變化，從而提高電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，有效改善了微米硅基負(fù)極材料的循環(huán)性能。當(dāng)以30wt％VGCF為導(dǎo)電劑時(shí)，平均粒徑大至2μm的Si負(fù)極材料經(jīng)100次循環(huán)后，嵌鋰容量仍高達(dá)1520mAh/g，容量保持率為45.0％。
　　結(jié)合機(jī)械球磨和球磨過(guò)程中引入檸檬酸及對(duì)檸檬酸的碳熱分解處理，實(shí)現(xiàn)了減

4、小Si顆粒尺寸和在Si顆粒表面包覆SiOx與C雙相包覆層的目的，獲得了高SiOx含量的微米/亞微米Si@SiOx@C復(fù)合材料，有效改善了材料的循環(huán)穩(wěn)定性能。經(jīng)過(guò)碳熱處理溫度的優(yōu)化，650℃制備的復(fù)合材料在其含碳量為10 wt％，電極中不再添加導(dǎo)電劑的條件下，在300 mA/g電流密度下，首次庫(kù)侖效率達(dá)74.2％，200次循環(huán)后容量776mAh/g，容量保持率高達(dá)74.6％。
　　進(jìn)一步在上述制備Si@SiOx@C復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，