Si@TiO2復(fù)合蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)鋰離子電池負(fù)極材料研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)容量高、壽命長、安全的負(fù)極材料成為了鋰離子電池相關(guān)研究中必須要解決的問題。Si與TiO2都是被重點關(guān)注的新一代鋰離子電池負(fù)極材料，硅具有最高的理論容量(4200mAh/g)而且來源豐富，但是存在高達(dá)400％的體積膨脹;TiO2嵌鋰電位高、體積變化小、循環(huán)穩(wěn)定性好，理論容量卻非常低。本文提出了Si@TiO2蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料這一新思路，并通過濕化學(xué)方法成功制備了Si@TiO2蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，試圖通過材料

2、的結(jié)構(gòu)設(shè)計和協(xié)同效應(yīng)兩方面的作用得到性能優(yōu)異的負(fù)極材料。
　　本文先采用HPC輔助法制備了Si@TiO2蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，確定了TEOS水解法作為更優(yōu)的空腔形成方法。通過調(diào)節(jié)HPC輔助法的工藝參數(shù)TEOS和TBOT的加入量，對蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)空腔尺寸與殼層厚度進(jìn)行了調(diào)控，獲得了多個不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的Si@TiO2蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。在本文設(shè)計的空腔尺寸與殼層厚度范圍內(nèi)，空腔尺寸的增大有利于首次循環(huán)效率的與循環(huán)穩(wěn)定性的

3、提升;相反殼層厚度降低時，比容量會大幅增大，樣品的總體循環(huán)性能上升。HPC輔助法制備的性能最優(yōu)的Si@TiO2蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料樣品MS3初次放電容量達(dá)到2459mAh/g，首次循環(huán)效率為58％，百次循環(huán)容量288mAh/g，容量保持率為11.7％。
　　接著，本文采取PVP輔助法在室溫下制備了Si@TiO2蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，通過使用基團更大的表面活性劑與鈦源獲得了比表面積與孔隙率更大的Si@TiO2蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材

4、料，相近殼層厚度下PVP輔助法制備的樣品MR1比表面積為112.3539 m2/g，HPC輔助法的樣品MS3只有53.3337 m2/g。PVP輔助法制備的樣品MR1初次放電容量能達(dá)到3095mAh/g，首次庫倫效率為53.73％，百次循環(huán)容量為245mAh/g，容量保持率為7.92％。比表面積與孔隙率較高的樣品，能夠提升樣品的首次充放電容量，但是會降低首次庫倫效率與百次容量保持率。
　　最后，為了獲得性能更好的材料，本文采用直接

5、水解法制備了Si@TiO2蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，研究了表面活性劑的引入對于產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與性能的影響。雖然，制備過程中引入表面活性劑更有利于得到殼層厚度更均勻，結(jié)構(gòu)更完整的蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，但是表面活性劑的引入對鋰離子電池性能不利。在同等殼層厚度條件下，直接水解法制備的樣品鋰離子電池性能要遠(yuǎn)優(yōu)于HPC輔助法和PVP輔助法，即使與HPC輔助法和PVP輔助法制備的殼層更薄的樣品比較，直接水解法制備的樣品MD1鋰離子電池性能也更好。直接水