高容量鋰離子電池硅基材料的研究.pdf

1、單質(zhì)硅具有較高的理論比容量以及豐富的資源，在對新能源需求日益強(qiáng)烈的今天而倍受關(guān)注。但是硅在脫嵌的過程中會發(fā)生巨大的體積膨脹，導(dǎo)致材料的循環(huán)性能的惡化，從而阻礙了它的實用化。本文在綜述了硅基材料研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，采用高溫固相合成法制備硅/石墨/碳復(fù)合材料，并通過液相法制備了納米硅/聚苯胺復(fù)合材料，進(jìn)一步提高硅材料的電化學(xué)性能。
　　通過高溫固相法制備硅/石墨/碳(質(zhì)量比為25:45:30)復(fù)合材料，研究了石墨的種類、粒徑分布、極片熱

2、處理以及添加鋰鹽等工藝對電極循環(huán)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，采用電化學(xué)性能較好的鱗片狀石墨、對粒徑進(jìn)行一定的劃分，能夠使復(fù)合材料具有較好的電化學(xué)性能，其首次脫鋰比容量可達(dá)774.2mAh·g-1，首次效率為81.8％，50次循環(huán)后容量保持率為98.2%。將硅/石墨/碳復(fù)合材料應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極，設(shè)計容量為800mAh的方形053648A電池，首次放電容量可達(dá)721mAh。
　　通過光電子能譜、掃描電子顯微鏡、電化學(xué)阻抗等分析手段，對硅

3、電極的表面固體電解質(zhì)界面膜(SEI膜)進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，硅在首次還原過程中能夠生成SEI膜，其形成電位與成分均與石墨類碳材料相似，但是由于硅在脫嵌鋰過程中的體積效應(yīng)，導(dǎo)致其表面SEI膜經(jīng)歷一個生成、破壞、修復(fù)、再破壞、再生成的一個過程。在硅表面SEI膜的研究基礎(chǔ)上，進(jìn)而在硅/石墨/碳復(fù)合材料和膏過程中添加無機(jī)鋰鹽、有機(jī)鋰鹽以及表面活性劑，對復(fù)合材料進(jìn)行表面改性，發(fā)現(xiàn)單純添加無機(jī)鋰鹽無法提高材料的電化學(xué)性能；而添加十二烷基磺酸鈉則對材

4、料的循環(huán)性能有較大的提高，首次脫鋰比容量為781.2mAh·g-1，50次循環(huán)容量保持率達(dá)94.2%。
　　在水-乙醇溶劑、微乳液體系通過苯胺聚合反應(yīng)制備納米硅/聚苯胺(nSi/PANi)復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，在水-乙醇體系中制備的nSi/PANi-1復(fù)合材料具有1940.3mAh·g-1的脫鋰比容量，首次效率為64.3%，25次循環(huán)后容量保持率為91.5%；采用微乳液制備的nSi/PANi-2復(fù)合材料具有2320.2mAh·g-1