高性能鋰離子電池硅-碳復(fù)合負(fù)極材料研究.pdf

1、　　鋰離子電池因其具有能量密度大、開(kāi)路電壓高、循環(huán)壽命長(zhǎng)及無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),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)品小型化發(fā)展及鋰離子電池在航空、軍事及汽車(chē)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(fù)極材料,但因其理論比容量較低(LiC6 vs. 372 mAh/g),因此人們對(duì)于新型高比容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命負(fù)極材料寄予厚望

2、。
　　單質(zhì)硅的理論嵌鋰容量高(Li4.4Si vs. 4200mAh/g)、嵌/脫鋰電位理想、與電解液反應(yīng)活性低及在地殼中儲(chǔ)量豐富而成為下一代鋰離子電池負(fù)極材料研究的熱點(diǎn)。然而將硅作為鋰離子電池負(fù)極材料其可逆性能并不理想,這是由硅的本征電導(dǎo)率低及硅在鋰離子嵌/脫過(guò)程中體積變化巨大(80%~400%)兩個(gè)因素引起的。
　　研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)控制硅顆粒的微觀形貌和包覆改性處理,制備三維多孔硅及多孔硅/碳復(fù)合材料,可有效提高

3、其可逆容量并改善其循環(huán)穩(wěn)定性。以硅粉、鎂粉為原料,采用高溫固相燒結(jié)工藝以及稀鹽酸刻蝕的方法制備了具有三維多孔結(jié)構(gòu)的單質(zhì)硅粉,并以葡萄糖為有機(jī)物前驅(qū)體,在負(fù)壓環(huán)境下,將有機(jī)物前驅(qū)體溶液引入多孔硅的三維孔隙中,再通過(guò)水熱炭化以及高溫?zé)Y(jié)后獲得了循環(huán)性能優(yōu)異的多孔硅/碳復(fù)合負(fù)極材料。10次循環(huán)后,復(fù)合材料嵌鋰比容量為910.6mAh/g；100次循環(huán)后,其可逆容量仍維持在608.7mAh/g,平均每周次的容量衰減率僅為0.41%。

4、　　利用天然石墨良好的導(dǎo)電性、循環(huán)穩(wěn)定性和無(wú)定形碳對(duì)硅在嵌/脫鋰過(guò)程中體積效應(yīng)的緩沖作用,以SiO、蔗糖和天然石墨為原料,采用高能球磨法及高溫?zé)峤夤に?制備了具有高容量且循環(huán)性能優(yōu)異的SiO/C/G復(fù)合負(fù)極材料。得到的復(fù)合材料首次可逆容量高達(dá)1068.7mAh/g,100次循環(huán)后可逆容量仍維持在1108.9mAh/g,容量保持率為103.8%。簡(jiǎn)單、環(huán)保的制備工藝以及優(yōu)異的電化學(xué)性能,使得該復(fù)合材料有望作為新型負(fù)極材料應(yīng)用于高性能鋰離子