鋰離子電池硅基負極材料改性研究

1、鋰離子電池硅基鋰離子電池硅基負極材料改性研究負極材料改性研究ModificationResearchoftheSibasedAnodeMaterialfLithiumIonBattery領(lǐng)域：化學(xué)工程研究生：李勇輝指導(dǎo)教師：單忠強教授企業(yè)導(dǎo)師：肖成偉研究員天津大學(xué)化工學(xué)院2016年5月萬方數(shù)據(jù)摘要摘要鋰離子電池因具有能量密度大、工作電壓高、循環(huán)壽命長及無污染等優(yōu)點，已成為便攜式電子產(chǎn)品中最廣泛采用的二次電池。但是，隨著便攜式電子產(chǎn)品小型

2、化發(fā)展及鋰離了電池在航空、軍事及汽車產(chǎn)業(yè)中的需求日益旺盛，電池的容量和能量密度均亟待大幅度提高。目前，商品化鋰離子電池主要采用具有優(yōu)異循環(huán)性能的改性天然石墨和人造石墨作為其負極材料，但因其理論比容量較低(LiC6，372mAhg)，因此人們對于新型高比容量、長循環(huán)壽命負極材料迫切希望。單質(zhì)硅由于其具有很高的理論容量(4212mAhg)而受到關(guān)注。硅的電壓平臺略高于石墨，在充電時避免了表面的“析鋰”現(xiàn)象，安全性能優(yōu)于石墨負極材料。另外，硅

3、是地殼中第2豐富的元素，構(gòu)成地殼總質(zhì)量的25.7%。然而將Si基材料作為鋰離子電池負極材料，其可逆性并不理想，這是由于硅的本征電導(dǎo)率低和硅基材料在鋰離子嵌脫的過程中體積變化巨大(800%400%)兩個因素所引起的。針對硅基材料存在的上述問題，開展了Si負極材料的制備、SiO材料的電化學(xué)性能改進、納米硅基負極材料表面摻雜、SiOC復(fù)合材料的實用化等研究工作。采用了導(dǎo)電性更好的SFG6導(dǎo)電碳材料代替石墨，制備的SiOC負極材料具有良好電化學(xué)

4、性能（電化學(xué)容量950mAhg，循環(huán)性能50周，未見明顯衰減）。同時為了解決SiO材料首次循環(huán)效率較低的問題，采用活潑金屬還原，高溫加熱等方法使SiO中的氧原子轉(zhuǎn)為惰性，可以有效地緩解Si在嵌鋰過程體積膨脹。采用添加少量的Li2O和Al2O3等利用表面修飾的方法改善材料的表面穩(wěn)定性，對硅材料的循環(huán)性能有很大的改善，但首周的循環(huán)效率未有明顯的改善。使用添加成膜性好的添加劑的新型CDK08電解液，使硅材料表面SEI膜更加穩(wěn)定，SiOC材料的