鋰離子電池硅負(fù)極的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能改進(jìn)研究.pdf

1、硅作為鋰電池負(fù)極材料，放電比容量為4200mAh·g-1，研究?jī)r(jià)值高。但會(huì)發(fā)生較大體積變化，導(dǎo)致電極開(kāi)裂現(xiàn)象，影響活性物質(zhì)之間的電化學(xué)接觸性。造成電池的電化學(xué)性能降低，比如循環(huán)性能的降低。研究表明負(fù)極硅顆粒尺寸和采用的粘結(jié)劑都會(huì)對(duì)電極的電化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生較大影響。本文為了獲得較高的循環(huán)性能，采用微米硅粉和納米硅粉混合，水性粘結(jié)劑等手段，使用TEM、XRD、XPS、SEM等對(duì)材料的物相組成、微觀(guān)形態(tài)以及元素含量等進(jìn)行表征；采用Land測(cè)試系統(tǒng)

2、、SEI測(cè)試法、CV法等對(duì)電極的電化學(xué)性能進(jìn)行分析，研究了硅顆粒尺寸和粘結(jié)劑包覆作用對(duì)硅電極的電化學(xué)性能影響。
　　研究?jī)?nèi)容如下：
　　（1）微米硅粉和納米硅粉混合作為電極材料可以改善電極開(kāi)裂。微米硅粉電極和納米硅粉電極循環(huán)后電極結(jié)構(gòu)變化很大。微米硅粉電極的首次放電比容量高，但是循環(huán)性能很差。循環(huán)前電極阻抗較大，循環(huán)過(guò)程中電極阻抗變大較快，鋰離子在電極中的可逆嵌入和脫嵌性較差；納米硅粉電極首次放電比容量和循環(huán)性能都比較差，阻

3、抗最大，鋰離子在電極中的可逆嵌入和脫嵌性較差。
　　本文按照不同比例混合微米硅與納米硅，當(dāng)二者比例為8:2的時(shí)候，電極結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，循環(huán)可逆性好。電池的首次放電比容量較高，達(dá)到了3423.2mAh·g-1，首效率達(dá)到了78％，循環(huán)50周后放電比容量保持在1105.1mAh·g-1。
　　（2）水溶性粘結(jié)劑海藻酸鈉與有機(jī)粘結(jié)劑PVDF的比較研究，包覆在硅粉表面的粘結(jié)劑的面積會(huì)影響電極的離子電導(dǎo)率和電子電導(dǎo)率，從而影響電極的電化學(xué)

4、性質(zhì)。粘結(jié)劑對(duì)硅粉的包覆面積越少，就會(huì)有越多的硅粉直接暴露在電解液中，為離子傳輸提供了更多的通道。當(dāng)海藻酸鈉的量為10％的時(shí)候，首次放電比容量以及首效都較高，分別為3424.2mAh·g-1和77.8％。充放電50周之后，電池的放電比容量保持在1010.9mAh·g-1的較高水平。當(dāng)海藻酸鈉的量減小到5％的時(shí)候，已經(jīng)無(wú)法保證有足夠的機(jī)械粘結(jié)力來(lái)維持硅電極結(jié)構(gòu)。粘結(jié)力可以維持硅電極結(jié)構(gòu)時(shí)，粘結(jié)劑的使用量越少越好。
　　綜上所述，采用