鋰離子電池硅及硅-碳負極薄膜制備及電化學性能研究.pdf

1、近年來，隨著微電子器件小型化的發(fā)展，迫切需要有相應(yīng)尺寸的微型供能系統(tǒng)與之相適應(yīng)，電源系統(tǒng)的微型化是微電機械系統(tǒng)得以進一步廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。鋰離子電池由于其優(yōu)異的儲能特性與循環(huán)性能成為能源系統(tǒng)微型化的熱點方向之一，目前學術(shù)界對于可替代低化學反應(yīng)活性的非鋰負極膜材料的研究與開發(fā)異?；钴S。 硅因具有最高的理論嵌鋰容量(4200mAh/g)而受到人們的關(guān)注，但硅作為負極材料在嵌鋰過程中因大的體積膨脹而導(dǎo)致循環(huán)性能很差。通過縮小

2、硅材料的尺寸將其納米、薄膜化使硅電極材料擁有高容量的保持力、穩(wěn)定的微觀結(jié)構(gòu)及良好的電子接觸；同時與體積變化率小并且具有優(yōu)良離子和電子導(dǎo)電性的碳復(fù)合，希望提高硅的導(dǎo)電性能。 本文采用離子束濺射沉積的方法以銅箔為集流體制備硅和硅碳復(fù)合薄膜，并對其組織結(jié)構(gòu)和電化學性能進行研究。結(jié)果表明濺射沉積得到的薄膜表面呈現(xiàn)胞狀形態(tài)，胞體尺寸為微米量級，表面形態(tài)與Cu集流體的表面粗糙度密切相關(guān)。XRD分析表明硅及硅碳復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)為無定型態(tài)，通過

3、控制濺射束流及濺射時間制備不同厚度的硅及硅碳復(fù)合薄膜，仍然為無定型態(tài)。電化學測試表明制備的硅薄膜電極具有優(yōu)良的循環(huán)性能。制備硅薄膜采用的束流強度大、濺射時間較長的硅膜嵌鋰容量高，循環(huán)性能好。認為主要是由于沉積速率增加造成薄膜短程有序度降低所致。實驗中在充放電電流密度6.5μAcm<'-2>下最佳的硅負極比容量穩(wěn)定在580mAh/g，首次充放電效率為80﹪，第二次循環(huán)后庫侖效率保持在98﹪；在充放電電流密度提高10倍時充放電效率僅下降2﹪