鋰離子電池硅-碳復(fù)合負(fù)極材料的制備及其性能研究.pdf

1、鋰離子電池是新型的能源儲(chǔ)存介質(zhì)，其具有高電壓、長(zhǎng)循環(huán)壽命、高比容量、低自放電、高安全性、環(huán)保無(wú)污染、無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)良的特性。目前，鋰離子電池已經(jīng)廣泛被應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦以及數(shù)碼產(chǎn)品等便攜式電子設(shè)備，隨著人類社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，不可再生資源的日益枯竭，鋰離子電池必定會(huì)在電動(dòng)汽車(EVS)、混合動(dòng)力汽車等上面具有更廣泛的應(yīng)用前景。但是，傳統(tǒng)的鋰離子電池其容量較小，已經(jīng)無(wú)法滿足人們對(duì)大容量的鋰電池的迫切需求。因此，開(kāi)發(fā)新的鋰離子電池材料迫在眉

2、睫。硅負(fù)極材料具有最高的理論比容量(4200mAh/g)，同時(shí)具有較低的嵌鋰/脫鋰電勢(shì)。因此，硅材料可以用來(lái)開(kāi)發(fā)新一代的鋰離子電池，以便提高其容量。但是，即使硅材料具備前面所介紹的諸多優(yōu)點(diǎn)，其商業(yè)化進(jìn)程也并非一帆風(fēng)順，因?yàn)槠溲h(huán)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生巨大的體積膨脹(＞300％)。而碳材料雖然比容量較小，但是其循環(huán)性能較好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。因此，我們可以結(jié)合這二者的優(yōu)勢(shì)，制備出新型可用于鋰離子電池的負(fù)極硅-碳復(fù)合材料。
　　本文主要采用三種方法對(duì)一

3、氧化硅進(jìn)行性能改進(jìn)，分別制備出了一氧化硅微米顆粒以及兩種不同的空心核殼硅-碳復(fù)合材料。通過(guò)X射線衍射儀(XRD)、拉曼光譜、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、EDS能譜對(duì)其形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并且利用藍(lán)電電池測(cè)試系統(tǒng)對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，得到所制備的硅碳復(fù)合物的電化學(xué)性能。經(jīng)過(guò)球磨后的一氧化硅首次充放電循環(huán)比容量較高，可以達(dá)到1814mAh/g，但是其庫(kù)倫效率較低，僅有50.04％。持續(xù)進(jìn)行充放電測(cè)試后一氧化硅電極材

4、料的容量會(huì)大量損失，但是其容量衰減幅度會(huì)降低，庫(kù)倫效率經(jīng)過(guò)波動(dòng)后會(huì)逐漸增加。經(jīng)過(guò)60次充放電循環(huán)后庫(kù)倫效率為99.2％，電極材料的比容量為59mAh/g，這也說(shuō)明了通過(guò)球磨對(duì)一氧化硅來(lái)進(jìn)行改性來(lái)制備鋰離子電池負(fù)極材料的比容量較低，所以還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足應(yīng)用需求，還需要進(jìn)一步進(jìn)行改性。以檸檬酸作為碳源高溫?zé)峤獬晒χ苽涑隹招暮藲そY(jié)構(gòu)的硅-碳復(fù)合材料，形貌測(cè)試的結(jié)果表明，材料的制備最佳條件為在600℃下保持4小時(shí)，且SiO與檸檬酸的最佳比例為1∶

5、2.5。電化學(xué)性能測(cè)試的結(jié)果顯示，當(dāng)采用0.1C進(jìn)行充放電測(cè)試的時(shí)候，庫(kù)倫效率呈遞增趨勢(shì)。且?guī)靷愋史€(wěn)定在95％以上時(shí)，放電比容量為560mAh/g，充電比容量為530mAh/g。采用化學(xué)氣相沉積法沉積乙炔碳的方式制備出空心核殼結(jié)構(gòu)的硅-碳復(fù)合材料，探索化學(xué)氣相沉積(CVD)法沉積乙炔碳的條件，經(jīng)過(guò)測(cè)試得出的最佳條件為，首先在600℃下沉積20分鐘，隨后升溫至800℃下沉積1小時(shí)。電化學(xué)性能測(cè)試的結(jié)果表明，當(dāng)采用0.1C的充放電條件進(jìn)行