一氧化硅-石墨-碳復合負極材料的研究.pdf

1、本課題以天然石墨與一氧化硅復合鋰離子電池負極材料為研究對象。天然石墨作為鋰離子電池負極材料具有穩(wěn)定的循環(huán)性能，但其理論比容量僅有372mAh/g。一氧化硅作為鋰離子電池負極材料具有較高的理論比容量，但由于其在脫嵌鋰過程中的體積效應，循環(huán)性能較差。因此，本課題將天然石墨與一氧化硅進行復合，并采用微膨脹、碳包覆改善復合負極材料的循環(huán)性能，降低首次不可逆容量，使其既具有較高比容量，又能獲得較好循環(huán)性能。利用SEM觀測材料的微觀形貌，XRD分析

2、材料的晶型結構，并通過循環(huán)伏安測試和恒流充放電測試對材料的電化學性能進行研究。
　　以過氧化氫為氧化劑，分別以有機酸和無機酸為插層劑，通過液相氧化插層反應及高溫處理制備微膨脹石墨。天然石墨經過微膨脹處理之后層間距均變大，可逆容量提高，其倍率性能及循環(huán)性能均好于天然石墨。經分析得甲酸作為插層劑最合適，所得微膨脹石墨在0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C、5C下的可逆比容量分別為351 mAh/g、344mAh/g、328mAh/

3、g、290mAh/g、180mAh/g、59mAh/g。同時對液相反應時間進行了優(yōu)化，確定合適的反應時間為4h，此條件下，微膨脹石墨具有合適的層間距與微觀形貌，有利于材料的電化學性能。
　　采用球磨法制備一氧化硅/天然石墨復合材料，先研究了一氧化硅原料，首次可逆容量為844.0mAh/g，庫侖效率僅為43.6％，循環(huán)至5次時容量保持率僅有24.4%。研究了不同復合比例及不同球磨時間對復合負極材料電化學性能的影響，一氧化硅所占質量比

4、為15%性能較好，首次可逆容量為447.94mAh/g，充放電循環(huán)40次，容量保持率為71.2%。隨著球磨時間的增加，材料首次庫侖效率降低，大電流放電性能下降，所以球磨時間為7h最合適。同時研究了一氧化硅/微膨脹石墨復合材料，一氧化硅/微膨脹石墨在0.1C、0.2C、2C下，可逆容量分別為454mAh/g、361mAh/g、165mAh/g，相比與一氧化硅/天然石墨復合負極材料，可逆容量依次提高了1%、6%、15%。
　　以瀝青為

5、碳源，采用固相混合與高溫處理的方法，對一氧化硅/石墨復合材料進行碳包覆，碳包覆比例為15%。通過碳包覆，復合負極材料的首次庫侖效率有所提高，可逆容量增大，循環(huán)性能明顯改善，尤其提高了大電流充放可逆電容量。在0.1C、1C、2C、5C下，一氧化硅/微膨脹石墨/碳復合負極材料的可逆容量依次為469mAh/g、346mAh/g、236mAh/g、117mAh/g，相比于未經過碳包覆處理的復合材料，可逆容量分別提高了4%、22%、43%、112