鋰離子電池負(fù)極硅材料的制備及性能研究.pdf

1、鋰離子電池負(fù)極材料中，硅材料具備較高的理論容量，在發(fā)展高容量大功率電池方面具有很大的潛力。然而，硅材料嚴(yán)重的的體積效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致其電化學(xué)性能的急劇衰減。本文闡述了鋰離子電池中負(fù)極硅材料的研究現(xiàn)狀，并從三個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行改性：(1)改變硅材料自身結(jié)構(gòu)：利用機(jī)械球磨法和高溫固相合成法制備多孔硅復(fù)合材料。(2)改進(jìn)材料組成：采用化學(xué)鍍銅包覆硅。(3)改善材料組分：優(yōu)選硅/碳復(fù)合材料中的熱解碳比例。
　　將氣相SiO2和Al粉進(jìn)行球磨混合，通過(guò)

2、高溫固相反應(yīng)制備出具有多孔結(jié)構(gòu)的硅材料。將硅材料與石墨按不同比例混合，得到硅/石墨復(fù)合材料。電化學(xué)測(cè)試發(fā)現(xiàn)：硅/石墨比例為1:1電化學(xué)性能最佳：首次脫鋰容量為913.0 mAh·g-1，循環(huán)28次后容量保持在570.6 mAh.g-1，比純硅粉的性能有很大提高。
　　采用化學(xué)鍍的方法，對(duì)單質(zhì)硅進(jìn)行鍍銅包覆。研究了化學(xué)鍍時(shí)間、熱處理溫度、鈍化等因素對(duì)材料性能的影響，優(yōu)選出了最佳的條件——化學(xué)鍍的最佳時(shí)間為0.5 h，還原劑采用甲醛，

3、并采用鈍化劑苯丙三氮唑抑制銅的氧化。將得到的材料進(jìn)行了電化學(xué)測(cè)試，首次嵌鋰容量為841.9 mAh·g-1，首次效率為51.2％，22次循環(huán)后容量保持在564.9 mAh·g-1，容量保持率為74.5%。材料進(jìn)行熱處理后，容量保持率提高到83.6%。同時(shí)研究了硅粉粒度、球磨 Si/Cu比例對(duì)材料性能的影響，并采用瀝青熱解碳對(duì) Si/Cu進(jìn)行包覆，得到 Si/Cu/C材料容量50次循環(huán)后保持率提高到93.6%。
　　通過(guò)高溫固相熱解

4、法制備了硅/碳復(fù)合材料，并分別對(duì)硅/碳、硅/石墨/碳、硅/碳/石墨/碳等三種類(lèi)型的瀝青包覆硅材料的五種配比作了研究。材料最佳比例依次為25:15，25:45:30和25:10:30:20。其中，性能最好的硅/石墨/碳比例為25:45:30，首次嵌鋰容量為688.4 mAh·g-1，首次庫(kù)侖效率為81.8%，循環(huán)50次后容量保持在519.3 mAh·g-1，容量保持率為75.4%。同時(shí)，也研究了熱處理以及涂層厚度對(duì)材料性能的影響。熱處理后