基于硅碳復(fù)合材料的高性能鋰離子電池.pdf

1、鋰離子電池相比較于傳統(tǒng)的鉛酸電池，重量更輕，能量密度更大，更環(huán)保和更長的壽命，所以自從索尼公司在1992年發(fā)明了鋰離子電池以來，鋰離子電池開始得到了廣泛的應(yīng)用。然而二十多年過去了，鋰離子電池負極依舊是使用石墨類材料作為負極而沒有太多改變。但石墨類負極卻始終存在比容量低的問題。所以開發(fā)高比容量的鋰離子電池是改善電池存儲性能的關(guān)鍵所在。在過去的二十多年中，也確實有很多研究是集中電池的高比容量和高循環(huán)穩(wěn)定性上，那么在這些研究中，硅因為擁有目前

2、所有已知的材料中最高的比容量（4200 mAh/g）和成熟的硅半導(dǎo)體工業(yè)，普遍被認為是下一代的鋰離子電池負極材料。但是硅材料卻始終存在著體積膨脹嚴重（300％），不穩(wěn)定的SEI膜，電導(dǎo)率低，首次庫倫效率低等這些問題。
　　本文中使用等離子體增強設(shè)備來制備低尺寸和高純度的納米硅顆粒和 P摻雜的納米硅顆粒。通過改進了等離子體增強設(shè)備的氣體控制系統(tǒng)，反應(yīng)腔體系統(tǒng)、收集系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)。最終用該等離子增強設(shè)備制得了平均直徑為7.3 nm

3、和純度為99.95%的納米硅顆粒。
　　由于納米硅顆粒容易團聚，因此我們用硅烷偶聯(lián)劑KH550來改性納米硅，結(jié)果硅烷偶聯(lián)劑提高了納米硅在油性體系中的分散性，并且基于這種改性的材料制備的電池循環(huán)穩(wěn)定性也得到提高。此外還研究了不同的粘結(jié)劑和電解液添加劑的作用，發(fā)現(xiàn)水性粘結(jié)劑更適合于硅基負極，電解液添加劑可以提高首次庫倫效率和循環(huán)的穩(wěn)定性。
　　還合成了海藻酸鈉作為熱解碳來包覆硅納米顆粒、熱還原的氧化石墨烯來包覆硅納米顆粒和n-S