鋰離子電池硅-鈦-鈮氧化物復(fù)合負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、近年來(lái)，新型移動(dòng)設(shè)備、人工智能設(shè)備等的高速發(fā)展對(duì)鋰離子電池技術(shù)提出了更高的要求，而負(fù)極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，在很大程度上決定了鋰離子電池的容量與循環(huán)性能。硅，因其比容量高、成本低廉、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)而受到關(guān)注，成為有望替代石墨的新型負(fù)極材料。但硅材料嚴(yán)重的體積效應(yīng)、較差的導(dǎo)電性限制了其實(shí)際應(yīng)用和持續(xù)發(fā)展。
　　本文首次嘗試引入鈦-鈮氧化物，通過(guò)制備以硅為增強(qiáng)體，鈦-鈮氧化物為基體材料的硅/鈦-鈮氧化物復(fù)合材料，在硅顆粒周

2、圍構(gòu)建起應(yīng)力緩沖層與離子交換層，以緩沖硅在充放電過(guò)程中的體積效應(yīng)，改善硅顆粒的電接觸。本文研究了球磨法和高溫-固相法制備硅/鈦-鈮氧化物復(fù)合材料的制備工藝及其電化學(xué)性能，并對(duì)高溫-固相法的制備工藝提出了優(yōu)化方案。
　　通過(guò)對(duì)球磨法制備硅/鈦-鈮氧化物復(fù)合材料的時(shí)長(zhǎng)條件、混料轉(zhuǎn)速條件、硅摻入量條件的研究，確定了最優(yōu)制備工藝為:60wt％硅摻入量條件下，200r/min5h球磨濕法混料制備反應(yīng)前驅(qū)體，反應(yīng)前驅(qū)體經(jīng)8h烘干后進(jìn)行450r

3、/min30h固相球磨。由此得到的硅/鈦-鈮氧化物復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料的首次放電比容量為1367mAh/g，經(jīng)過(guò)50個(gè)循環(huán)后放電比容量穩(wěn)定在85mAh/g左右。
　　通過(guò)對(duì)高溫-固相法制備硅/鈦-鈮氧化物復(fù)合材料的溫度條件、時(shí)長(zhǎng)條件、硅摻入量條件的研究，確定了最優(yōu)制備工藝為:60wt％硅摻入量條件下，1000℃保溫2h熱處理。得到的硅/鈦-鈮氧化物復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料的首次放電比容量為1447.8mAh/g，經(jīng)

4、過(guò)50個(gè)循環(huán)后放電比容量穩(wěn)定在220mAh/g左右。
　　對(duì)比兩種方案發(fā)現(xiàn)，高溫-固相法制得的硅/鈦-鈮氧化物復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料具有更好的循環(huán)性能。本文針對(duì)該方案進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化:用球磨濕法混料取代磁力攪拌混料，用羧甲基纖維素鈉(CMC)水性粘結(jié)劑取代聚偏氟乙烯(PVDF)粘結(jié)劑。優(yōu)化后得到電池的首次放電比容量為1258mAh/g，經(jīng)50個(gè)循環(huán)后放電比容量穩(wěn)定在390mAh/g左右，比當(dāng)前商業(yè)化應(yīng)用的石墨類負(fù)極材料的理