鋰離子電池硅碳負極材料制備與性能表征.pdf

1、鋰離子電池是迅速發(fā)展起來的新型高能二次電池，主要是其具有諸多優(yōu)點，隨著在便攜電子設(shè)備和動力汽車等方面應(yīng)用的迅速發(fā)展，迫切需要研發(fā)更高的能量密度，更長的循環(huán)壽命及更低的制備成本的鋰離子電池，其中能量密度是一個關(guān)鍵因素。電池的總體質(zhì)量與正負極材料的容量緊密相關(guān)，目前正極材料，比容量均不超過374 mAh/g，這意味著提高整體電池的容量，我們必須將目光聚集到負極材料中。
　　Si因其超高的理論比容量（3579mAh/g Li15Si4）

2、，低的嵌鋰電位（小于0.5V Li/Li+），以及環(huán)保、儲量豐富等備受關(guān)注，被認為下一代高性能鋰離子電池負極材料。然而在嵌鋰的過程中Si會形成有Li22Si4合金相，并伴有巨大的體積膨脹(400％)，該過程中產(chǎn)生的機械應(yīng)力造成材料坍塌、電極結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定從而引起電化學(xué)性能下降，除此之外硅是半導(dǎo)體，電導(dǎo)率較低也會影響性能。解決該問題的主要方法有：對電池材料的改性，電解液的改進和對電極結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化等。大量的研究主要集中在對電極材料的研究，改進的

3、方法主要是減小硅材料的尺寸將其納米化，添加緩沖物質(zhì)制備復(fù)合材料或是選用多孔結(jié)構(gòu)的材料。其中多孔材料因其本身的特殊結(jié)構(gòu)，擁有空間可緩沖體積效應(yīng)，從而獲得長的循環(huán)壽命。本論文從硅碳復(fù)合材料的相關(guān)研究開始，接著探究多孔硅碳復(fù)合材料，包括多孔硅碳復(fù)合材料的設(shè)計與制備，多孔材料的調(diào)制及在多孔結(jié)構(gòu)中引用不同的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)來穩(wěn)定電極結(jié)構(gòu)等，主要研究工作如下：
　　1.硅碳復(fù)合材料的相關(guān)研究在該部分主要包括：
　　1）硅碳復(fù)合材料的原料的篩選。

4、
　　2）材料性能的表征和電化學(xué)測試方法，包括幾種表征材料的儀器和在電池測試中常用的方法介紹。
　　3）原始材料進行篩選，包括硅源、有機碳源的篩選并探究氧化處理對硅粉性能的影響。
　　2.多孔硅碳復(fù)合材料通過提前預(yù)埋SiO2站位，并在后續(xù)過程中經(jīng)HF刻蝕除去，在硅碳復(fù)合物中獲得孔洞，從而制備多孔硅碳復(fù)合材料。將硅粉，蔗糖，炭黑,二氧化硅制成漿料并通過噴霧干燥的方法制備球形顆粒，再經(jīng)高溫處理，刻蝕最終獲得設(shè)計的復(fù)合材料。

5、由于多孔結(jié)構(gòu)比表面積較大所以會需要較多的粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑，本論文嘗試在按照常規(guī)8:1:1的比例不變的情況下，考察研究引入不同的導(dǎo)電劑（包括0維，1維，2維）對電池性能的影響。研究證明添加適當?shù)膶?dǎo)電劑VGCF和RGO可以很好的解決由于比表面積較大造成極片不穩(wěn)定的問題。VGCF和RGO通過橋接顆粒，增加導(dǎo)電性的同時增加了多孔硅碳復(fù)合材料電池極片的穩(wěn)定性，此外多孔結(jié)構(gòu)由于其特殊的結(jié)構(gòu)在硅體積膨脹中有空間可以來容忍其體積膨脹，減小了體積效應(yīng)。