一氧化硅-石墨-碳復(fù)合負(fù)極材料的研究.pdf

1、本課題以天然石墨與一氧化硅復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料為研究對(duì)象。天然石墨作為鋰離子電池負(fù)極材料具有穩(wěn)定的循環(huán)性能，但其理論比容量?jī)H有372mAh/g。一氧化硅作為鋰離子電池負(fù)極材料具有較高的理論比容量，但由于其在脫嵌鋰過程中的體積效應(yīng)，循環(huán)性能較差。因此，本課題將天然石墨與一氧化硅進(jìn)行復(fù)合，并采用微膨脹、碳包覆改善復(fù)合負(fù)極材料的循環(huán)性能，降低首次不可逆容量，使其既具有較高比容量，又能獲得較好循環(huán)性能。利用SEM觀測(cè)材料的微觀形貌，XRD分析

2、材料的晶型結(jié)構(gòu)，并通過循環(huán)伏安測(cè)試和恒流充放電測(cè)試對(duì)材料的電化學(xué)性能進(jìn)行研究。
　　以過氧化氫為氧化劑，分別以有機(jī)酸和無機(jī)酸為插層劑，通過液相氧化插層反應(yīng)及高溫處理制備微膨脹石墨。天然石墨經(jīng)過微膨脹處理之后層間距均變大，可逆容量提高，其倍率性能及循環(huán)性能均好于天然石墨。經(jīng)分析得甲酸作為插層劑最合適，所得微膨脹石墨在0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C、5C下的可逆比容量分別為351 mAh/g、344mAh/g、328mAh/

3、g、290mAh/g、180mAh/g、59mAh/g。同時(shí)對(duì)液相反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化，確定合適的反應(yīng)時(shí)間為4h，此條件下，微膨脹石墨具有合適的層間距與微觀形貌，有利于材料的電化學(xué)性能。
　　采用球磨法制備一氧化硅/天然石墨復(fù)合材料，先研究了一氧化硅原料，首次可逆容量為844.0mAh/g，庫(kù)侖效率僅為43.6％，循環(huán)至5次時(shí)容量保持率僅有24.4%。研究了不同復(fù)合比例及不同球磨時(shí)間對(duì)復(fù)合負(fù)極材料電化學(xué)性能的影響，一氧化硅所占質(zhì)量比

4、為15%性能較好，首次可逆容量為447.94mAh/g，充放電循環(huán)40次，容量保持率為71.2%。隨著球磨時(shí)間的增加，材料首次庫(kù)侖效率降低，大電流放電性能下降，所以球磨時(shí)間為7h最合適。同時(shí)研究了一氧化硅/微膨脹石墨復(fù)合材料，一氧化硅/微膨脹石墨在0.1C、0.2C、2C下，可逆容量分別為454mAh/g、361mAh/g、165mAh/g，相比與一氧化硅/天然石墨復(fù)合負(fù)極材料，可逆容量依次提高了1%、6%、15%。
　　以瀝青為

5、碳源，采用固相混合與高溫處理的方法，對(duì)一氧化硅/石墨復(fù)合材料進(jìn)行碳包覆，碳包覆比例為15%。通過碳包覆，復(fù)合負(fù)極材料的首次庫(kù)侖效率有所提高，可逆容量增大，循環(huán)性能明顯改善，尤其提高了大電流充放可逆電容量。在0.1C、1C、2C、5C下，一氧化硅/微膨脹石墨/碳復(fù)合負(fù)極材料的可逆容量依次為469mAh/g、346mAh/g、236mAh/g、117mAh/g，相比于未經(jīng)過碳包覆處理的復(fù)合材料，可逆容量分別提高了4%、22%、43%、112