鋰離子電池硅、硅-釔薄膜負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、電動(dòng)汽車和化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展對(duì)高性能鋰離子電池提出了越來(lái)越高的要求。在負(fù)極材料方面，目前商業(yè)化的鋰離子電池主要采用石墨類碳負(fù)極材料，但因其低的理論比容量(LiC6，372 mAh·g-1)還不能滿足發(fā)展的要求，研究者一直致力于尋找開發(fā)新型的高容量負(fù)極材料。其中Si負(fù)極材料因具有較高理論比容量(Li22Si5，4200 mAh·g-1)而備受關(guān)注。但是，硅在嵌/脫鋰過程中存在較為嚴(yán)重的體積效應(yīng)，容易導(dǎo)致材料的結(jié)構(gòu)崩塌和剝落以致失去電接觸，

2、從而造成電極的循環(huán)性能急劇下降。
　　 本文采用泡沫銅作集流體、通過磁控濺射法制備了非晶硅和硅-釔復(fù)合薄膜，并對(duì)薄膜電極的電化學(xué)性能進(jìn)行初步探討，研究?jī)?nèi)容包括：⑴通過SEM、TEM、XRD、Raman等表征手段對(duì)制備的非晶硅薄膜進(jìn)行形貌、結(jié)構(gòu)和組成的表征。并考察了濺射功率和基底溫度對(duì)樣品形貌及電化學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法制備的非晶硅薄膜表現(xiàn)了較好的電化學(xué)性能。當(dāng)制備工藝參數(shù)為射頻功率50W、濺射時(shí)間1 h、基底溫度30

3、0℃時(shí)制備的樣品性能最佳。以0.2 C倍率、充放30次之后放電容量為2900mAh·g-1，表現(xiàn)了較高的可逆容量和較好的電化學(xué)循環(huán)性能。采用循環(huán)伏安法測(cè)定鋰離子在硅薄膜中的擴(kuò)散系數(shù)為2.36×10-9cm2·s-1。⑵為進(jìn)一步改善硅的循環(huán)性能，制備了硅-釔分層復(fù)合薄膜電極材料，并研究不同厚度的釔薄膜對(duì)復(fù)合電極材料的電化學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Y/Si/Y/Si的復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)可以有效改善硅的電化學(xué)性能，可以很好地保持電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。