硅基納米材料制備及嵌-脫鋰性能研究.pdf

1、目前，商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極材料是石墨類碳材料，但是其理論儲(chǔ)鋰容量只有372mAh g-1，不能滿足人們對(duì)能源日益增長(zhǎng)的需求。與碳材料相比，硅具有較高的儲(chǔ)鋰容量（4200mAh g-1），且儲(chǔ)鋰電位低，資源豐富，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。但是硅在嵌脫鋰過程中，體積變化較大，隨著循環(huán)過程的進(jìn)行，極易導(dǎo)致電極材料發(fā)生粉化，容量迅速衰減。本文針對(duì)Si材料循環(huán)性能較差的問題，采用Si基材料納米結(jié)構(gòu)化及復(fù)合化來改善鋰離子電池Si負(fù)極材料的電化學(xué)性能。

2、　　本文采用直流電弧等離子體法，制備了純Si納米片層結(jié)構(gòu)。采用XRD，TEM，AFM，Raman等測(cè)試方法對(duì)其進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)所制備的二維Si納米片尺寸約為20nm，厚度大約為8個(gè)原子層，Raman峰相對(duì)于塊體Si發(fā)生明顯偏移。將其應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極，測(cè)試其電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能，研究了導(dǎo)電劑含量、導(dǎo)電劑種類及放電截止電壓對(duì)Si納米片電化學(xué)性能的影響。在100mA g-1的電流密度下，Si納米片電極循環(huán)40次后，可逆容量為441.7mAh g-

3、1，明顯高于傳統(tǒng)碳類材料;在不同的電流密度下進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)隨著電流密度的增大，容量有所減少;當(dāng)電流密度減小時(shí)，容量又恢復(fù)到原來的水平。
　　為進(jìn)一步提高Si基納米材料的電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能，采用直流電弧等離子體法，制備了Si-SiC-Ni納米復(fù)合材料。TEM分析結(jié)果表明，該納米復(fù)合材料由相互纏繞的納米線所組成，其中Ni作為催化劑，催化生長(zhǎng)出Si基納米線。將其作為鋰離子電池負(fù)極材料，循環(huán)穩(wěn)定性相對(duì)于純Si納米片狀材料有了明顯的提高，循環(huán)5