鋰離子電池硅基復合負極材料的制備及結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、硅基負極材料由于具備目前已知最高的嵌鋰比容量，同時兼具資源儲量豐富、電化學嵌鋰電位低等優(yōu)點，成為目前極具吸引力的鋰離子電池負極材料。而微米/亞微米尺寸粉體硅更具振實密度高、體積比能量密度高、制備簡單、成本低等特點，具有廣闊的實用前景。但在實際應用中，由于硅材料本征電子導電性差，同時在嵌脫鋰時會產(chǎn)生高達280％的體積形變，導致循環(huán)過程中容量的急劇衰減，尤其是微米/亞微米尺寸的Si負極材料，嚴重制約了其商業(yè)化應用。
　　本文以微米/亞

2、微米尺寸Si基負極材料為研究對象，針對硅在嵌脫鋰過程中較大的體積變化引發(fā)的顆粒粉化使活性物質(zhì)失去電接觸及其導電性差，從而導致其循環(huán)性能差等問題，通過在Si材料中添加氣相生長碳纖維(VGCF)和采用機械球磨、噴霧干燥等方法，結(jié)合引入高電導率的碳及原位生成欠活性SiOx緩沖相等方法，致力于提高Si基負極材料的電化學性能。結(jié)合XRD、TEM等材料分析技術(shù)以及恒流充放電測試、交流阻抗譜等電化學分析手段，系統(tǒng)研究材料制備方法及工藝參數(shù)對材料組成及

3、性能的影響。
　　通過在微米Si負極材料中添加VGCF，在硅顆粒外部構(gòu)建立體導電網(wǎng)絡，在提高材料電子電導率的同時，可有效緩解硅在嵌脫鋰時的體積變化，從而提高電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，有效改善了微米硅基負極材料的循環(huán)性能。當以30wt％VGCF為導電劑時，平均粒徑大至2μm的Si負極材料經(jīng)100次循環(huán)后，嵌鋰容量仍高達1520mAh/g，容量保持率為45.0％。
　　結(jié)合機械球磨和球磨過程中引入檸檬酸及對檸檬酸的碳熱分解處理，實現(xiàn)了減

4、小Si顆粒尺寸和在Si顆粒表面包覆SiOx與C雙相包覆層的目的，獲得了高SiOx含量的微米/亞微米Si@SiOx@C復合材料，有效改善了材料的循環(huán)穩(wěn)定性能。經(jīng)過碳熱處理溫度的優(yōu)化，650℃制備的復合材料在其含碳量為10 wt％，電極中不再添加導電劑的條件下，在300 mA/g電流密度下，首次庫侖效率達74.2％，200次循環(huán)后容量776mAh/g，容量保持率高達74.6％。
　　進一步在上述制備Si@SiOx@C復合材料的基礎(chǔ)上，