硅碳納米復(fù)合電極材料的制備及其電化學(xué)性能.pdf

1、由于新型電動(dòng)汽車和移動(dòng)電子設(shè)備的興起，商用的鋰離子電池滿足不了人們?cè)絹碓礁叩哪芰棵芏纫?，開發(fā)下一代鋰離子電池迫在眉睫。電極材料是影響電池能量密度的關(guān)鍵因素，對(duì)于負(fù)極而言，商用鋰離子電池所使用的石墨負(fù)極由于理論比容量較低等問題（372mA h g–1），難以滿足高速發(fā)展的鋰電行業(yè)。
　　硅作為下一代鋰離子電池的負(fù)極材料，具有很高的理論比容量（4200mA h g–1），并且有低電位和無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，引起學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的極大關(guān)注。然而

2、，硅基負(fù)極材料存在較大的體積效應(yīng)（>300％），導(dǎo)致其可逆容量迅速衰減，距離大規(guī)模商業(yè)使用仍有一定的距離。本論文主要研究硅碳納米復(fù)合負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能。研究微米Si顆粒和納米Si顆粒的循環(huán)穩(wěn)定性提高的方法，取得了良好的效果。另外，本論文提出以球磨法制備非晶Si/C納米復(fù)合物，顯示出良好的鈉離子電池電化學(xué)儲(chǔ)鈉性能。本論文主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下：
　　（1）結(jié)合還原氧化石墨烯的柔性和自支撐的特點(diǎn)，選用商業(yè)化的微米級(jí)Si顆粒作

3、為Si源，發(fā)展了低成本法制備了Si/GO納米復(fù)合薄膜。同時(shí)，引入PMMA作為造孔劑，在所制得的納米復(fù)合薄膜中引入納米孔，有利于緩解微米級(jí)Si顆粒在充放電過程中的體積變化。在Ar/H2氣氛下進(jìn)行熱處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)PMMA的分解和GO的還原，最終獲得了Si/rGO多孔復(fù)合薄膜。研究發(fā)現(xiàn)，所制得m-Si/rGO多孔薄膜的循環(huán)穩(wěn)定性得到了提高，在充放電循環(huán)200圈后可逆容量保持在1000mA h g–1以上。
　?。?）以原位生成的Fe3O

4、4納米顆粒為模板，制備了core-shell結(jié)構(gòu)的Si/C復(fù)合電極材料。Fe3O4納米顆?？纱呋纸獾蜐舛鹊囊胰玻–2H2）氣體，解決了低濃度的C2H2氣體難以直接在Si顆粒表面沉積碳的問題。此外，F(xiàn)e3O4納米顆粒易于去除，提高了實(shí)驗(yàn)的可操作性。通過對(duì)Fe/Si比例、C2H2反應(yīng)時(shí)間和C2H2分解溫度等反應(yīng)條件的優(yōu)化，成功制備了core-shell結(jié)構(gòu)的Si/C復(fù)合電極材料。作為鋰離子電池負(fù)極，所制得的Si/C復(fù)合電極材料顯示出優(yōu)異的

5、電化學(xué)性能，在200mA g–1電流密度下，充放電100次后比容量穩(wěn)定在1000mA h g–1。然而，在同樣測(cè)試條件下，由純Si顆粒組裝的電極比容量快速衰減至700mA h g–1以下。該研究工作提出了一種新型的具有雙功能的催化劑與模板，為設(shè)計(jì)Si/C空心復(fù)合納米結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)新的研究思路。
　?。?）以商業(yè)Si和石墨顆粒為原料，通過簡(jiǎn)單的球磨方法制備Si/C復(fù)合物，研究了Si/C復(fù)合材料的儲(chǔ)鈉特性。通過調(diào)控復(fù)合材料的結(jié)晶度與顆