三維結(jié)構(gòu)基底負(fù)載硅薄膜負(fù)極材料的制備及性能研究.pdf

1、硅材料因具有高質(zhì)量比容量、較低的電壓平臺(tái)、價(jià)格低廉、原料來源豐富等優(yōu)點(diǎn)成為最有潛力的鋰離子電池負(fù)極材料之一。但硅負(fù)極材料在充放電的過程中發(fā)生嚴(yán)重的體積變化。并且硅材料的導(dǎo)電性差，導(dǎo)致其循環(huán)性能和倍率性能差。針對(duì)上述問題，本論文嘗試通過采用不同形貌的三維硅薄膜材料和使用新型硅基負(fù)極料料粘結(jié)劑這兩條途徑來提高硅基材料的電化學(xué)性能。
　　首先采用磁控濺射的方法在泡沫鎳的表面制備了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅薄膜材料。當(dāng)厚度為200nm時(shí)，在4.2A

2、/g的電流密度下充放電300周后，容量高達(dá)1472mAh/g。基于上述三維結(jié)構(gòu)薄膜能提高硅材料電化學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)，我們制備不同三維結(jié)構(gòu)的基底，通過磁控濺射制得一批性能優(yōu)異的硅薄膜材料:(1)通過化學(xué)腐蝕和電化學(xué)還原的方法，在銅片的表面制備樹葉狀三維多孔結(jié)構(gòu)，再沉積厚度分別為0.2、0.4、0.6和1μm的硅薄膜。厚度為0.2μm的硅薄膜材料具有優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能，在0.8A/g的電流密度下充放電200周后容量為1461mAh/g;當(dāng)

3、硅薄膜的厚度增加至1μm（硅薄膜中間夾入兩層厚度為10nm的金屬Al薄膜），前120周保持著優(yōu)異的循環(huán)性能，且極片保持了良好的完整性。(2)采用化學(xué)腐蝕和電化學(xué)還原的法，在泡沫銅的表面制備針狀三維多孔結(jié)構(gòu)，再沉積得到厚度為0.6和1μm的硅薄膜材料。當(dāng)厚度為0.6μm時(shí)，以0.8A/g的電流密度充放電500周后，容量保持在1132mAh/g，循環(huán)性能優(yōu)異;當(dāng)厚度為1μm時(shí)，以2.1A/g的電流密度充放電100周后，容量為1208mAh/

4、g。
　　本文還研究了一種新型硅基材料粘結(jié)劑-瓜爾豆膠。使用瓜爾豆膠作為粘結(jié)劑時(shí)，硅基材料的性能明顯優(yōu)于使用CMC、海藻酸鈉等作為粘結(jié)劑時(shí)的性能。當(dāng)電流密度為3.43A/g時(shí)，以瓜爾豆膠作為粘結(jié)劑的Si/C負(fù)極材料充放電100周后容量為1283mAh/g，而以海藻酸鈉作為粘結(jié)劑的Si/C負(fù)極材料充放電100周后，容量為991mAh/g。
　　綜上所述，本論文研究表明三維結(jié)構(gòu)是提高硅負(fù)極材料電化學(xué)性能的一種有效方法。同時(shí)還首次