硅負極活性材料的制備及其性能分析.pdf

1、隨著鋰離子電池在移動電源、電動汽車、智能電網等行業(yè)中的應用越加廣泛，業(yè)界對電化學性能優(yōu)異的電極活性材料的需求也日益迫切。硅作為負極活性材料時，其理論比容量超過4000 mAh/g，遠遠勝過傳統(tǒng)石墨負極，因此受到了許多研究者的關注。然而有兩個主要因素制約了硅負極的發(fā)展：一，硅是一種半導體材料，導電性能較差；二，硅在充放電過程中產生近300％的體積變化，會嚴重破壞電極結構。為了減小體積變化對硅負極的破壞，本文從制備硅納米結構的角度出發(fā)，采取

2、了低溫液相法、二氧化硅還原法和酸堿刻蝕法等三種速度快、成本低、工藝簡單的方法，分別制得了硅納米顆粒、硅納米球、硅微/納米碎片等鋰離子電池負極活性材料，并對這幾種材料進行了合成或反應機理探討、物理性質表征和電化學性能測試。
　?。?）改良了Kaulzarich法，用鎂還原四氯化硅制備出硅納米顆粒前驅體，再用胺或酰胺鈍化前驅體，最終得到了平均粒徑在50 nm以下還原性極高的硅納米顆粒。根據鈍化劑的選擇，所得材料的微觀形貌會有較大的區(qū)別

3、，其電化學性能也完全不同。當以N-甲基吡咯烷酮為鈍化劑時，所得硅納米顆粒呈現出葡萄串的形貌；其在200 mA/g的電流密度下，首次放電容量達到了1688 mAh/g，十五次循環(huán)后衰減到1070 mAh/g，庫倫效率除首次63%外均在90%以上。
　?。?）用不同的軟模板水解正硅酸乙酯制備出二氧化硅納米球，再用鎂在700℃下高溫還原二氧化硅，最終得到了粒徑均勻的硅納米球。當使用二茂鐵為軟模板時，所得硅納米球擁有疏松的結構，而且有部分

4、納米球發(fā)生破碎；其在200 mA/g的電流密度下，首次放電容量達到了1400 mAh/g，十五次循環(huán)后衰減到1124 mAh/g，庫倫效率除首次71.8%外均在80%左右。另外，該方法所得硅納米球每一次循環(huán)時放電容量遠遠大于上一次循環(huán)時的充電容量。
　?。?）用各向同性刻蝕的氫氟酸/硝酸混酸刻蝕液和各向異性刻蝕的氫氧化鉀依次對微米級粗硅進行刻蝕，最終得到了粒徑分布在100 nm至1μm的硅微/納米碎片。根據酸堿刻蝕的先后，所得碎片