硅基復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料的制備及性能研究.pdf

1、傳統(tǒng)石油能源資源日益短缺及其帶來(lái)的環(huán)境危機(jī)使得人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展面臨著重大的考驗(yàn)，越來(lái)越多的研究者開(kāi)始致力于探索新型的綠色能源。自從20世紀(jì)90年代初鋰離子電池技術(shù)取得突破以來(lái)，鋰離子電池被廣泛地應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，在人們的日常生活中起到了不可忽視的作用。因此，開(kāi)發(fā)高比容量，高比功率，成本低，綠色無(wú)污染的高性能的鋰離子電池具有十分重要的意義。目前，商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極碳材料其容量已很難有提升的空間，尋找容量更高的負(fù)極材料越發(fā)的重要。在眾

2、多材料中，硅(Si)因其高容量被譽(yù)為最有潛力的下一代鋰電池負(fù)極材料。然而，Si材料在充放電過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)大體積膨脹造成材料粉化而引起循環(huán)性能下降。本文主要采用制備復(fù)合化的Si納米結(jié)構(gòu)來(lái)改善其電化學(xué)性能，通過(guò)表征以及電化學(xué)性能的測(cè)試來(lái)探索其在儲(chǔ)能上的應(yīng)用前景。主要工作內(nèi)容如下：
　　1．采用金屬誘導(dǎo)化學(xué)刻蝕法制備單晶Si納米線(xiàn)，對(duì)其進(jìn)行初步的實(shí)驗(yàn)表征。在此基礎(chǔ)之上，采用軟模板的方法及后續(xù)的高溫?zé)崽幚碇苽銫/Si復(fù)合材料。采用XRD、R

3、aman、SEM、TEM等手段對(duì)其進(jìn)行表征，結(jié)果證明成功制備出了Si納米線(xiàn)嵌入碳骨架結(jié)構(gòu)的C/Si復(fù)合材料。對(duì)該復(fù)合材料進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明C/Si復(fù)合材料首次可逆容量以及循環(huán)穩(wěn)定性都要明顯高于純Si納米線(xiàn)，并且經(jīng)過(guò)100次充放電循環(huán)之后還能保持529.3mAh/g。這說(shuō)明通過(guò)復(fù)合，Si負(fù)極材料的性能得到了改善，這主要是由于碳層能夠提供更好的導(dǎo)電性，并且能夠抑制Si脫嵌鋰所帶來(lái)的體積膨脹。
　　2．對(duì)Si納米顆粒與Ti

4、O2的前驅(qū)體采用改進(jìn)的溶膠凝膠法及后續(xù)的熱處理過(guò)程制備TiO2/Si復(fù)合材料。對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了形貌和結(jié)構(gòu)的表征，證明該復(fù)合材料是以Si顆粒為內(nèi)核，外層被TiO2包覆住的結(jié)構(gòu)，并通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)配比得到最佳的包覆效果。隨后對(duì)該復(fù)合材料進(jìn)行充放電循環(huán)性能測(cè)試，在恒電流與高倍率電流的條件下都能保持很好的循環(huán)穩(wěn)定性跟容量保持率。研究結(jié)果表明，TiO2/Si復(fù)合材料的電化學(xué)性能要優(yōu)于純的Si納米顆粒，這主要是由于TiO2包覆可以緩沖Si的體積膨脹，從