鋰離子電池硅碳負極復合材料的制備及性能研究.pdf

1、硅材料儲量豐富、價格低廉及對環(huán)境無污染，并且具有較高的理論比容量（4200 mAh/g）和適中的工作電位（~0.5 V vs Li+/Li），因而成為最具潛力的鋰離子電池負極材料之一。然而硅材料在充放電過程中劇烈的體積效應（＞300％）和低的本征導電率成為制約硅負極材料發(fā)展的主要因素。本文主要通過制備硅基復合材料來緩解硅負極材料的體積效應和改善其硅基負極材料的循環(huán)性能及倍率性能。
　　通過球磨法制備了硅/聚苯胺（Si/PANI）復

2、合材料，對導電聚苯胺嵌入層在鋰離子電解液中的電導率進行了研究，并研究了聚苯胺的摻雜量和球磨時間對Si/PANI復合材料物化性能和電化學性能的影響。結果表明：聚苯胺在鋰離子電解液中仍具有一定的電導率，并且通過球磨可以使長鏈聚苯胺分子與硅粒子表面的二氧化硅相互作用，通過氫鍵形成網狀結構，緩解硅電極的體積效應，從而提高硅基負極的循環(huán)穩(wěn)定性；當納米硅與導電聚苯胺的質量比為3:1，球磨時間為4 h時，硅/聚苯胺電極的循環(huán)性能最佳，在400 mA

3、g-1的電流密度下循環(huán)50次，可逆比容量為849.5mAh g-1。
　　對球磨法制備的Si/PANI復合材料進行高溫熱解得到硅/熱解聚苯胺（Si/p-PANI）復合材料，并研究熱解溫度對Si/p-PANI復合材料結構和性能的影響。結果表明：Si嵌入到p-PANI中可以阻止納米硅顆粒之間的團聚，且在鋰電池的工作電壓范圍內，p-PANI比PANI具有更高的電導率，以及提供有效的鋰嵌入位，在熱解溫度為700℃時得到的Si/p-PANI

4、復合材料具有最高的可逆比容量和循環(huán)穩(wěn)定性，在400 mA/g的電流密度下循環(huán)50次，可逆容量為1051.1 mAh/g。
　　以氯化鋅為活化劑，通過水熱法合成了活化石墨烯材料，并以活化石墨烯材料為基底，制備了硅/熱解聚苯胺/活化石墨烯（Si/p-PANI/a-GNs）復合材料。結果表明：Si/p-PANI/a-GNs復合材料形成了熱解聚苯胺和活化石墨烯的雙層保護；在此復合材料結構中，熱解聚苯胺和活化石墨烯兩者具有協(xié)同作用，有利于保