用于鋰電池負(fù)極的多孔硅材料的制備與優(yōu)化.pdf

1、目前商業(yè)化使用的鋰離子電池負(fù)極材料主要是石墨，但是石墨的理論比容量只有372mAh/g，無法滿足鋰離子電池對(duì)負(fù)極材料高容量的要求。硅具有非常高的理論比容量和較低的嵌/脫鋰電位，被認(rèn)為是最有潛力實(shí)現(xiàn)高能量密度鋰離子電池的新型負(fù)極材料之一。但硅電極材料在嵌脫鋰過程中，存在著巨大的體積膨脹，使得電極粉末化，導(dǎo)致容量迅速衰減，成為其商業(yè)化發(fā)展的最大障礙。
　　本文采用不同方法分別制備了高孔隙率的多孔硅負(fù)極材料、銅修飾的多孔硅負(fù)極材料以及多

2、孔硅自支撐薄膜負(fù)極材料，并研究了其結(jié)構(gòu)形貌和電化學(xué)性能。主要工作和成果有:
　　(1)采用電化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕的兩步腐蝕法制備多孔硅負(fù)極材料，通過對(duì)電解液配比、單晶硅襯底電阻率、電化學(xué)腐蝕電流、電化學(xué)腐蝕時(shí)間以及二次化學(xué)腐蝕時(shí)間等條件的優(yōu)化，得到了孔隙率為84％，孔徑為1.1μm的多孔硅材料。以該材料為負(fù)極的鋰電池首次放電比容量達(dá)到2392mAh/g，充電比容量達(dá)到1399mAh/g，經(jīng)過20次循環(huán)后，充放電比容量仍為188mAh

3、/g、198mAh/g。
　　(2)采用脈沖電沉積的方法使銅進(jìn)入二次腐蝕制備的高孔隙率的多孔硅孔洞內(nèi)。該電極材料首次充、放電比容量為2413mAh/g、4282mAh/g，比起未沉積銅的多孔硅電極材料，首次充放電比容量分別增加了414mAh/g、1900mAh/g。經(jīng)過20次循環(huán)，該電極放電比容量仍保持在325mAh/g、360mAh/g，循環(huán)性能有所改善。
　　(3)在電化學(xué)腐蝕硅的過程中，采用逐步增加腐蝕電流的方法制備了

4、多孔硅自支撐薄膜電極材料。多孔硅薄膜的孔徑約為1～1.2μm，孔隙率約為77％，薄膜厚度約為90μm，孔洞排列整齊有序。該電極材料在前33個(gè)充放電循環(huán)中比容量小于10mAh/g，到第34個(gè)循環(huán)時(shí)，充放電比容量突然增加到2517mAh/g、3151mAh/g。掃描電鏡測(cè)試結(jié)果表明，經(jīng)過41個(gè)充放電循環(huán)后，薄膜電極粉末化，且粉末化的電極在充放電過程中發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象。本文最后還探索了碳-多孔硅自支撐薄膜復(fù)合材料的制備。
　　本文成功制備了