鋰離子電池SiO2負(fù)極材料的電化學(xué)性能研究.pdf

1、本論文在綜述國內(nèi)外SiOx負(fù)極材料研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，選擇以SiO2為研究對象，系統(tǒng)研究了球磨處理、粘結(jié)劑、煅燒溫度以及碳復(fù)合等因素對SiO2材料形貌、微結(jié)構(gòu)和電化學(xué)儲鋰性能的影響，揭示了SiO2負(fù)極材料的成分、形貌、結(jié)構(gòu)與電化學(xué)儲鋰性能的相互關(guān)系，為進一步研究和開發(fā)高性能的SiO2負(fù)極材料提供了實驗基礎(chǔ)和理論依據(jù)。
　　本文以商業(yè)購買的SiO2為原料，通過機械球磨方法制備了SiO2負(fù)極材料。電化學(xué)性能測試發(fā)現(xiàn)，隨著球磨時間的增加，

2、SiO2的可逆儲鋰容量逐漸增加。其中，球磨72h的樣品具有最好的綜合電化學(xué)性能。球磨72h的SiO2材料在100mA g-1電流密度下首次儲鋰容量高達1435.7mAh g-1，首次庫倫效率為54.5％，100次循環(huán)后的可逆容量從原始SiO2的188.9mAh g-1增加到574.3mAh g-1。XRD分析表明，隨著球磨時間的增加，SiO2結(jié)晶性能降低，在72h之后轉(zhuǎn)變成非晶態(tài)。進一步的SEM觀測發(fā)現(xiàn)，隨著球磨時間延長，SiO2的顆粒

3、尺寸逐漸變小且顆粒分布更加均勻。
　　以球磨24h和72h后的SiO2材料為對象，研究了CMC和PVDF兩種粘結(jié)劑對SiO2負(fù)極材料電化學(xué)儲鋰性能的影響規(guī)律。對于球磨24h的材料，使用PVDF粘結(jié)劑的電極100次循環(huán)之后容量保持率為22%，而使用CMC粘結(jié)劑的電極為34%；對于球磨72h的材料而言，使用PVDF粘結(jié)劑的電極循環(huán)100次之后容量保持率僅為16.5%，而使用CMC粘結(jié)劑的電極達到40%以上。CMC粘結(jié)劑在電極充放電過程

4、中能夠承受住連續(xù)不斷的膨脹和收縮，在一定程度上比PVDF更有效緩解了顆粒體積效應(yīng)造成的粉化脫落問題。
　　對煅燒溫度影響SiO2電化學(xué)性能的結(jié)果表明，隨著煅燒溫度的逐漸升高，球磨72h SiO2負(fù)極材料的可逆儲鋰容量逐漸下降。經(jīng)過1000℃處理的材料容量類似原始SiO2，幾乎沒有儲鋰性能。XRD分析表明，球磨72h的SiO2材料經(jīng)過400和600℃煅燒4h之后仍處于非晶態(tài)。當(dāng)溫度升高到800℃的時候結(jié)晶性開始變強，在1000℃的時

5、候，材料轉(zhuǎn)變成晶態(tài)結(jié)構(gòu)。進一步的SEM觀測發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過400和600℃處理之后的材料形貌變化較小，當(dāng)煅燒溫度升高到800℃的時候可以看到晶粒開始長大，并開始出現(xiàn)粘結(jié)現(xiàn)象，當(dāng)溫度達到1000℃的時候，材料的顆粒尺寸明顯變大，團聚現(xiàn)象嚴(yán)重。
　　以檸檬酸作為碳源，通過溶膠凝膠法在SiO2材料中原位引入碳，制備出SiO2/C復(fù)合材料。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)復(fù)合材料中碳含量為13.1wt%時，首次庫倫效率達到67.9%，45次循環(huán)之后可逆容量為624