鋰離子電池硅基負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池由于能量密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)和無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛研究并應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車和各類便攜式電子設(shè)備。與石墨負(fù)極材料相比，硅材料具有許多優(yōu)勢(shì)，如高理論比容量（4200mAh g-1）、低工作電壓、豐富的資源儲(chǔ)量和環(huán)境友好等。然而，由于低本征電導(dǎo)率和嵌脫鋰過(guò)程中巨大的體積效應(yīng)（大于300％），會(huì)引起自身結(jié)構(gòu)的崩塌和電接觸的喪失，導(dǎo)致在循環(huán)過(guò)程中儲(chǔ)鋰容量快速衰減，硅材料的實(shí)際應(yīng)用受到限制。本論文中，我們發(fā)展了一系列的方法制

2、備了多種硅基負(fù)極材料。采用SEM、TEM、EDX、XRD、TGA、激光粒度分析等測(cè)試方法表征材料的形貌、結(jié)構(gòu)和組成。通過(guò)CV、恒電流充放電測(cè)試、EIS系統(tǒng)研究材料的電化學(xué)性能。
　　(1)通過(guò)溫和的溶液刻蝕工藝并結(jié)合熱解還原法制備了鎳、碳修飾的亞微米一維結(jié)構(gòu)硅負(fù)極材料。由于硅亞微米線表面修飾有均勻鎳納米粒子和碳材料包覆層，這種復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的循環(huán)和倍率性能，在1C的電流密度下仍保持900mAh g-1的可逆儲(chǔ)鋰容量。
　

3、　(2)采用含有硝酸銀的氫氟酸水溶液對(duì)Si@SiO2@C前驅(qū)體進(jìn)行刻蝕，制備得到Si@Ag@void@C復(fù)合材料。進(jìn)一步在刻蝕液中引入檸檬酸鹽優(yōu)化硅蛋黃表面銀納米粒子的修飾效果。由于硅蛋黃表面分布有銀納米粒子，改善了硅蛋黃和碳蛋殼之間的電接觸，Si@Ag@void@C展現(xiàn)出良好的倍率性能，在2Ag-1的電流密度下容量仍保持600mAh g-1。
　　(3)設(shè)計(jì)了一種新型溶劑熱法，在Si@SiO2粒子表面原位生長(zhǎng)出一層過(guò)渡金屬硅酸鹽

4、，制備了Si@SiO2微米級(jí)次級(jí)團(tuán)簇。經(jīng)過(guò)后續(xù)碳包覆和氫氟酸刻蝕，最終制備得到微米-納米次級(jí)團(tuán)簇結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料（簡(jiǎn)稱Si SCs，下同）。電化學(xué)研究表明，Si SCs具有良好的循環(huán)和倍率性能。這主要?dú)w因于微米-納米次級(jí)團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn):①碳網(wǎng)絡(luò)為電子的傳輸提供了快速通道;②在鋰離子反復(fù)的嵌入/脫出過(guò)程中，內(nèi)部界限清晰的空隙空間可以有效容納硅顆粒的巨大體積效應(yīng)，保持微米-納米次級(jí)團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性;③在循環(huán)過(guò)程中，活性硅納米顆粒能夠