鋰離子電池硅負極活性材料的改性研究.pdf

1、在對高比容量能源需求強烈的當(dāng)下,硅基材料成為了鋰離子電池負極材料的研究寵兒。針對硅負極材料導(dǎo)電性差,體積效應(yīng)大,SEI膜不穩(wěn)定等問題,本文結(jié)合微量摻雜、納米化、硅碳復(fù)合化等改性方法,成功制備了多種比容量高、循環(huán)性能好、首次庫倫效率高的硅/碳復(fù)合鋰電負極材料。一方面,將應(yīng)用于太陽能電池的磷摻雜n型硅作為負極材料,然后進行碳包覆,制備了n-Si/C復(fù)合材料,并對其制備工藝進行了優(yōu)化,電化學(xué)性能作了分析;另一方面,采用不同的硅源,利用石墨烯進

2、行復(fù)合,制備了三種硅/石墨烯復(fù)合材料,并通過電化學(xué)工作站、充放電測試等作了分析表征。此外,對亞微米硅/GNS的內(nèi)在反應(yīng)動力學(xué)還作了初步探討。
　　1、減小顆粒尺寸能夠提高硅的循環(huán)穩(wěn)定性,但改善程度有限;微量P(或B)摻雜不影響硅的結(jié)構(gòu),卻能顯著改善硅的導(dǎo)電性以及循環(huán)性能;n型硅以及亞微米硅是更為理想的硅電極材料。
　　2、采用高溫固相法制備了性能優(yōu)異的n-Si/C復(fù)合材料,其30次后的放電容量為1101.4mAhg-1,首次

3、庫倫效率高達85.6％。對該材料制備工藝及電極制作條件進行了研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn):最佳燒結(jié)工藝為600℃/1h,最佳碳源為葡萄糖,最佳n型硅、碳比為1:1;添加石墨后,復(fù)合材料放電比容量增加,循環(huán)穩(wěn)定性大大提高,首次庫倫效率提高至81.1％;二次包覆后,復(fù)合材料循環(huán)可逆性與首次庫倫效率都得到提升,其30次后放電容量為1054.3mAhg-1;在電極片制作中,集流體選用銅箔效果更好,極片干燥溫度使用80℃最佳,極片熱處理也有利于電極性能提升。<

4、br>　　3、通過原位復(fù)合及直接機械混合的方式制備了循環(huán)性能好、比容量高、導(dǎo)電性好的硅/石墨烯(MS@Si/GNS,nano@Si/GNS,p-Si/GNS)復(fù)合負極材料。重點對MS@Si/GNS進行了工藝參數(shù)的研究,經(jīng)各種測試手段發(fā)現(xiàn):原位復(fù)合制得SG1具有更高的首次容量,庫倫效率以及導(dǎo)電性;隨石墨烯含量的增加,MS@Si/GNS首次放電容量逐漸降低,循環(huán)性能依次提高,阻抗值逐漸減小;CNT的加入以及極片熱處理都有助于MS@Si/GN