鋰離子電池負極硅材料的制備及性能研究.pdf

1、鋰離子電池負極材料中，硅材料具備較高的理論容量，在發(fā)展高容量大功率電池方面具有很大的潛力。然而，硅材料嚴重的的體積效應會導致其電化學性能的急劇衰減。本文闡述了鋰離子電池中負極硅材料的研究現(xiàn)狀，并從三個方面對其進行改性：(1)改變硅材料自身結構：利用機械球磨法和高溫固相合成法制備多孔硅復合材料。(2)改進材料組成：采用化學鍍銅包覆硅。(3)改善材料組分：優(yōu)選硅/碳復合材料中的熱解碳比例。
　　將氣相SiO2和Al粉進行球磨混合，通過

2、高溫固相反應制備出具有多孔結構的硅材料。將硅材料與石墨按不同比例混合，得到硅/石墨復合材料。電化學測試發(fā)現(xiàn)：硅/石墨比例為1:1電化學性能最佳：首次脫鋰容量為913.0 mAh·g-1，循環(huán)28次后容量保持在570.6 mAh.g-1，比純硅粉的性能有很大提高。
　　采用化學鍍的方法，對單質硅進行鍍銅包覆。研究了化學鍍時間、熱處理溫度、鈍化等因素對材料性能的影響，優(yōu)選出了最佳的條件——化學鍍的最佳時間為0.5 h，還原劑采用甲醛，

3、并采用鈍化劑苯丙三氮唑抑制銅的氧化。將得到的材料進行了電化學測試，首次嵌鋰容量為841.9 mAh·g-1，首次效率為51.2％，22次循環(huán)后容量保持在564.9 mAh·g-1，容量保持率為74.5%。材料進行熱處理后，容量保持率提高到83.6%。同時研究了硅粉粒度、球磨 Si/Cu比例對材料性能的影響，并采用瀝青熱解碳對 Si/Cu進行包覆，得到 Si/Cu/C材料容量50次循環(huán)后保持率提高到93.6%。
　　通過高溫固相熱解

4、法制備了硅/碳復合材料，并分別對硅/碳、硅/石墨/碳、硅/碳/石墨/碳等三種類型的瀝青包覆硅材料的五種配比作了研究。材料最佳比例依次為25:15，25:45:30和25:10:30:20。其中，性能最好的硅/石墨/碳比例為25:45:30，首次嵌鋰容量為688.4 mAh·g-1，首次庫侖效率為81.8%，循環(huán)50次后容量保持在519.3 mAh·g-1，容量保持率為75.4%。同時，也研究了熱處理以及涂層厚度對材料性能的影響。熱處理后