鋰離子電池硅-石墨-碳負極材料量化制備及電化學性能研究.pdf

1、硅作為鋰離子電池負極材料,其高比容量的特點使其具有廣闊的應(yīng)用前景,但在與鋰合金化/去合金化的過程中,較大的體積膨脹嚴重影響了硅材料的循環(huán)穩(wěn)定性,導致單質(zhì)硅無法商業(yè)化應(yīng)用。本文在綜述了硅基負極材料的研究進展和產(chǎn)業(yè)化狀況的基礎(chǔ)上,研究了硅/石墨/碳材料的量化制備工藝,結(jié)合材料及電極的物理結(jié)構(gòu)表征和電化學性能測試,設(shè)計和優(yōu)化了負極的極板工藝和高容量全電池的設(shè)計參數(shù)。
　　通過對管式爐爐膛加熱區(qū)的溫度場進行研究,優(yōu)化出了適宜的燒料區(qū)間和保

2、護氣流量。在此條件下,燒結(jié)出了100 g電化學性能優(yōu)良、批次性穩(wěn)定的硅/石墨/碳材料,其首次庫倫效率為85％,60次循環(huán)后可逆比容量為664 mAhg-1,容量保持率為70%,對4批材料進行考察,首次可逆比容量的批間相對極差12%。
　　以所制得的材料為活性物質(zhì),從負極物質(zhì)涂布厚度、充放電制度、熱處理和電解液添加劑等因素對負極板工藝進行了研究和優(yōu)化。其中,循環(huán)前兩次充放電制度改變能夠在一定程度上提高電極的循環(huán)性能,在改變的充放電制

3、度下極片的首次可逆比容量為1038 mAh g-1,30次循環(huán)后為796 mAh g-1,保持率為77%。熱處理能夠提高較厚極板的循環(huán)穩(wěn)定性,對3 mg負極物質(zhì)的極片200℃熱處理6h后經(jīng)45次循環(huán)可逆比容量為548 mAhg-1,保持率為85%。而碳酸亞乙烯酯的加入僅在一定程度上改善了極板的循環(huán)穩(wěn)定性,但卻較大幅度地降低了可逆比容量。
　　對高容量鈷酸鋰-硅/石墨/碳方形523450鋰離子電池的設(shè)計參數(shù)進行了研究和優(yōu)化,并設(shè)計出