高性能聚酰亞胺粘結劑在鋰離子電池硅負極中的研究.pdf

1、分類號：密級：學校代碼：10414學號：2013010771碩士研究生學位論文碩士研究生學位論文高性能聚酰亞胺粘結劑在鋰離子電池硅高性能聚酰亞胺粘結劑在鋰離子電池硅負極中的研究負極中的研究TheHighPTheHighPerfmanceerfmanceofPolyieBinderofPolyieBinderffSiSibasedbasedLiLiionbatteriesionbatteriesanodeanodes朱麗朱麗院所：化學化工

2、學院導師姓名：侯豪情學科專業(yè)：高分子化學與物理研究方向：鋰離子電池二○一六年六月摘要鋰離子電池由于工作電壓高、能量密度大、壽命長等優(yōu)點吸引了廣泛的關注。隨著新能源汽車的發(fā)展，高容量和高性能負極材料已經(jīng)成為鋰離子電池的研究熱點之一。硅材料由于具有高的理論比容量、自然豐度大和放電平臺低等優(yōu)點，而受到大家的關注。但是，在嵌鋰和脫鋰過程當中，硅電極發(fā)生巨大的體積膨脹而造成容量的衰減，限制了高容量硅負極材料的應用。粘結劑是鋰離子電池的重要組成部分

3、，商業(yè)化的電池一般使用PVDF為粘結劑。但是將PVDF粘結劑作為硅負極的粘結劑應用到鋰離子電池中，在一定程度上不能抑制硅體積膨脹。本文選擇具有高的機械性能和良好的熱穩(wěn)定性的聚酰亞胺（PI）為硅負極粘結劑，研究的內(nèi)容主要包括以下幾個部分：（1）比較了PI、PVDF和PAACMC三種粘結劑的機械性能和熱穩(wěn)定性能，從而得出PI有著優(yōu)異的機械性能和熱穩(wěn)定性能，能夠作為硅負極的粘結劑。研究了粘結劑含量對電池電化學性能的影響，結果表明，當硅的含量為

4、50%，粘結劑的含量為25%，導電劑的含量為25%時，硅電極有著較高的首次比容量，為963mAhg?1。并且對該電極進行不同溫度的退火處理，可以得出經(jīng)過退火處理能夠重塑硅電極的表面形貌而提高硅電極的電化學穩(wěn)定性。經(jīng)300℃退火處理的硅電極的首次可逆容量為1195.6mAhg?1，50次循環(huán)之后的可逆容量為843.3mAhg?1，容量保留率為70.5%。（2）以PI為粘結劑和以PAN為碳源的前驅(qū)體，制備了核殼結構的納米硅復合材料。研究了不

5、同碳化溫度對得到的核殼結構的納米硅復合材料的電化學性能的影響。隨著碳化溫度的升高，核殼結構的納米硅復合材料電化學性能均增加。這是因為在納米硅的表面形成致密的碳殼，提高了納米硅的導電性，有利于鋰離子的嵌入和保護了硅核結構。研究結果表明，經(jīng)500℃處理的硅電極的電化學性能最優(yōu)，其首次可逆容量為2813.3mAhg?1，50循環(huán)之后，該電極的可逆容量為1663.5mAhg?1，容量保留率為59.1%。（3）使用混合粘結劑PI和醋酸纖維素（CA