高性能鋰離子電池硅-碳復合負極材料研究.pdf

1、　　鋰離子電池因其具有能量密度大、開路電壓高、循環(huán)壽命長及無污染等優(yōu)點,已成為便攜式電子產品中最廣泛采用的二次電池。但是,隨著便攜式電子產品小型化發(fā)展及鋰離子電池在航空、軍事及汽車產業(yè)中的需求日益旺盛,電池的容量和能量密度均亟待大幅度提高。目前,商品化鋰離子電池主要采用具有優(yōu)異循環(huán)性能的改性天然石墨和人造石墨作為其負極材料,但因其理論比容量較低(LiC6 vs. 372 mAh/g),因此人們對于新型高比容量、長循環(huán)壽命負極材料寄予厚望

2、。
　　單質硅的理論嵌鋰容量高(Li4.4Si vs. 4200mAh/g)、嵌/脫鋰電位理想、與電解液反應活性低及在地殼中儲量豐富而成為下一代鋰離子電池負極材料研究的熱點。然而將硅作為鋰離子電池負極材料其可逆性能并不理想,這是由硅的本征電導率低及硅在鋰離子嵌/脫過程中體積變化巨大(80%~400%)兩個因素引起的。
　　研究發(fā)現(xiàn),通過控制硅顆粒的微觀形貌和包覆改性處理,制備三維多孔硅及多孔硅/碳復合材料,可有效提高

3、其可逆容量并改善其循環(huán)穩(wěn)定性。以硅粉、鎂粉為原料,采用高溫固相燒結工藝以及稀鹽酸刻蝕的方法制備了具有三維多孔結構的單質硅粉,并以葡萄糖為有機物前驅體,在負壓環(huán)境下,將有機物前驅體溶液引入多孔硅的三維孔隙中,再通過水熱炭化以及高溫燒結后獲得了循環(huán)性能優(yōu)異的多孔硅/碳復合負極材料。10次循環(huán)后,復合材料嵌鋰比容量為910.6mAh/g；100次循環(huán)后,其可逆容量仍維持在608.7mAh/g,平均每周次的容量衰減率僅為0.41%。

4、　　利用天然石墨良好的導電性、循環(huán)穩(wěn)定性和無定形碳對硅在嵌/脫鋰過程中體積效應的緩沖作用,以SiO、蔗糖和天然石墨為原料,采用高能球磨法及高溫熱解工藝,制備了具有高容量且循環(huán)性能優(yōu)異的SiO/C/G復合負極材料。得到的復合材料首次可逆容量高達1068.7mAh/g,100次循環(huán)后可逆容量仍維持在1108.9mAh/g,容量保持率為103.8%。簡單、環(huán)保的制備工藝以及優(yōu)異的電化學性能,使得該復合材料有望作為新型負極材料應用于高性能鋰離子