三維結(jié)構(gòu)基底負載硅薄膜負極材料的制備及性能研究.pdf

1、硅材料因具有高質(zhì)量比容量、較低的電壓平臺、價格低廉、原料來源豐富等優(yōu)點成為最有潛力的鋰離子電池負極材料之一。但硅負極材料在充放電的過程中發(fā)生嚴重的體積變化。并且硅材料的導(dǎo)電性差，導(dǎo)致其循環(huán)性能和倍率性能差。針對上述問題，本論文嘗試通過采用不同形貌的三維硅薄膜材料和使用新型硅基負極料料粘結(jié)劑這兩條途徑來提高硅基材料的電化學(xué)性能。
　　首先采用磁控濺射的方法在泡沫鎳的表面制備了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅薄膜材料。當厚度為200nm時，在4.2A

2、/g的電流密度下充放電300周后，容量高達1472mAh/g?；谏鲜鋈S結(jié)構(gòu)薄膜能提高硅材料電化學(xué)性能的實驗，我們制備不同三維結(jié)構(gòu)的基底，通過磁控濺射制得一批性能優(yōu)異的硅薄膜材料:(1)通過化學(xué)腐蝕和電化學(xué)還原的方法，在銅片的表面制備樹葉狀三維多孔結(jié)構(gòu)，再沉積厚度分別為0.2、0.4、0.6和1μm的硅薄膜。厚度為0.2μm的硅薄膜材料具有優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能，在0.8A/g的電流密度下充放電200周后容量為1461mAh/g;當

3、硅薄膜的厚度增加至1μm（硅薄膜中間夾入兩層厚度為10nm的金屬Al薄膜），前120周保持著優(yōu)異的循環(huán)性能，且極片保持了良好的完整性。(2)采用化學(xué)腐蝕和電化學(xué)還原的法，在泡沫銅的表面制備針狀三維多孔結(jié)構(gòu)，再沉積得到厚度為0.6和1μm的硅薄膜材料。當厚度為0.6μm時，以0.8A/g的電流密度充放電500周后，容量保持在1132mAh/g，循環(huán)性能優(yōu)異;當厚度為1μm時，以2.1A/g的電流密度充放電100周后，容量為1208mAh/

4、g。
　　本文還研究了一種新型硅基材料粘結(jié)劑-瓜爾豆膠。使用瓜爾豆膠作為粘結(jié)劑時，硅基材料的性能明顯優(yōu)于使用CMC、海藻酸鈉等作為粘結(jié)劑時的性能。當電流密度為3.43A/g時，以瓜爾豆膠作為粘結(jié)劑的Si/C負極材料充放電100周后容量為1283mAh/g，而以海藻酸鈉作為粘結(jié)劑的Si/C負極材料充放電100周后，容量為991mAh/g。
　　綜上所述，本論文研究表明三維結(jié)構(gòu)是提高硅負極材料電化學(xué)性能的一種有效方法。同時還首次