鋰離子電池Si-C復(fù)合負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、負(fù)極材料是提高鋰離子電池容量、能量和循環(huán)性能的關(guān)鍵因素之一。石墨負(fù)極材料雖有諸多優(yōu)點(diǎn)，但比容量低（372mAh/g）、高倍率性能差、易發(fā)生有機(jī)溶劑共嵌入。硅作為負(fù)極材料，雖儲(chǔ)鋰容量最高（4200mAh/g），但在循環(huán)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生“體積效應(yīng)”，導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用受到限制。為了充分利用各自的優(yōu)點(diǎn)，將硅與碳制成復(fù)合材料，目的是利用碳載體抑制硅體積效應(yīng)，獲得容量高和循環(huán)性能良好的硅/碳（Si/C）復(fù)合負(fù)極材料。
　　本文分別通過(guò)高能球磨法和高溫

2、裂解法制備Si/C復(fù)合負(fù)極材料，采用SEM、XRD、恒流充放電、CV、EIS等測(cè)試，分析球磨時(shí)間、裂解溫度和硅含量對(duì)復(fù)合材料的形貌、結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能影響。
　　高能球磨法是以硅和人造石墨為原料，球磨制備硅/石墨（Si/AG）復(fù)合負(fù)極材料，球磨時(shí)間為4～24h，硅含量為5％~40%。測(cè)試結(jié)果表明，硅嵌入石墨間隙中，時(shí)間越長(zhǎng)，硅的分散程度和與石墨結(jié)合效果越好，但石墨受到的破壞越大；硅含量越多，復(fù)合效果越差；球磨基本未破壞硅和石墨的結(jié)構(gòu)

3、。復(fù)合材料的脫鋰比容量分別隨時(shí)間、硅含量的增加先增大后降低。球磨時(shí)間固定，不同硅含量的復(fù)合材料首次脫鋰比容量為528~1700mAh/g，庫(kù)倫效率70%~80%；循環(huán)10次后，復(fù)合材料的循環(huán)性能基本穩(wěn)定，循環(huán)40次后的可逆比容量為309~567mAh/g。硅含量控制在10%~20%，復(fù)合材料脫鋰比容量和循環(huán)性能較佳。
　　高溫裂解法是以硅、人造石墨和蔗糖為原料，熱裂解制備得硅/石墨/裂解碳（Si/AG/C）復(fù)合負(fù)極材料，溫度為60

4、0~900℃，人造石墨含量為30%，硅含量為10%~40%。結(jié)果表明，裂解碳將石墨和硅緊密包裹，溫度越高，包裹效果越好；硅含量越多，包裹效果越差；高溫后硅和石墨仍為晶體結(jié)構(gòu)。硅含量不變時(shí)，復(fù)合材料的脫鋰容量、循環(huán)穩(wěn)定性隨溫度升高相應(yīng)增大、增強(qiáng)，復(fù)合材料循環(huán)40次后容量保持在418~543mAh/g。當(dāng)溫度固定，硅含量增加時(shí)，復(fù)合材料的脫鋰容量先增加后降低，循環(huán)穩(wěn)定性先增強(qiáng)后減弱；硅含量越低，庫(kù)侖效率越高和提高越快；不同硅含量的復(fù)合材料首

5、次脫鋰比容量在1090~1865mAh/g，庫(kù)侖效率在63%~69%；硅含量低于20%，復(fù)合材料循環(huán)5次后，其循環(huán)性能基本穩(wěn)定，高于20%時(shí)，循環(huán)25次后才趨于穩(wěn)定。復(fù)合材料循環(huán)40次后可逆容量保持在350~640mAh/g，庫(kù)侖效率在90%~97%，其中硅含量為20%的循環(huán)性能和容量相對(duì)最佳，容量約640mAh/g，效率約93%。
　　相同循環(huán)下，Si/AG復(fù)合材料的可逆容量比Si/AG/C復(fù)合材料的低，但庫(kù)侖效率比Si/AG/