鋰離子電池硅基負(fù)極材料改性研究.pdf

1、鋰離子電池因具有能量密度大、工作電壓高、循環(huán)壽命長(zhǎng)及無污染等優(yōu)點(diǎn)，已成為便攜式電子產(chǎn)品中最廣泛采用的二次電池。但是，隨著便攜式電子產(chǎn)品小型化發(fā)展及鋰離了電池在航空、軍事及汽車產(chǎn)業(yè)中的需求日益旺盛，電池的容量和能量密度均亟待大幅度提高。目前，商品化鋰離子電池主要采用具有優(yōu)異循環(huán)性能的改性天然石墨和人造石墨作為其負(fù)極材料，但因其理論比容量較低(LiC6，372mAh/g)，因此人們對(duì)于新型高比容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命負(fù)極材料迫切希望。
　　單

2、質(zhì)硅由于其具有很高的理論容量(4212mAh/g)而受到關(guān)注。硅的電壓平臺(tái)略高于石墨，在充電時(shí)避免了表面的“析鋰”現(xiàn)象，安全性能優(yōu)于石墨負(fù)極材料。另外，硅是地殼中第2豐富的元素，構(gòu)成地殼總質(zhì)量的25.7％。然而將Si基材料作為鋰離子電池負(fù)極材料，其可逆性并不理想，這是由于硅的本征電導(dǎo)率低和硅基材料在鋰離子嵌/脫的過程中體積變化巨大(800%-400%)兩個(gè)因素所引起的。
　　針對(duì)硅基材料存在的上述問題，開展了Si負(fù)極材料的制備、S

3、iO材料的電化學(xué)性能改進(jìn)、納米硅基負(fù)極材料表面摻雜、SiO-C復(fù)合材料的實(shí)用化等研究工作。
　　采用了導(dǎo)電性更好的SFG-6導(dǎo)電碳材料代替石墨，制備的SiO-C負(fù)極材料具有良好電化學(xué)性能（電化學(xué)容量950mAh/g，循環(huán)性能50周，未見明顯衰減）。同時(shí),為了解決SiO材料首次循環(huán)效率較低的問題，采用活潑金屬還原，高溫加熱等方法使SiO中的氧原子轉(zhuǎn)為惰性，可以有效地緩解Si在嵌鋰過程體積膨脹。
　　采用添加少量的Li2O和Al

4、2O3等利用表面修飾的方法改善材料的表面穩(wěn)定性，對(duì)硅材料的循環(huán)性能有很大的改善，但首周的循環(huán)效率未有明顯的改善。
　　使用添加成膜性好的添加劑的新型CDK08電解液，使硅材料表面SEI膜更加穩(wěn)定，SiO-C材料的電化學(xué)脫嵌鋰容量超過950mAhg-1，材料每周的庫(kù)倫效率逐步提高到99.8%，接近碳材料的水平；嘗試采用噴霧干燥法制備SiO-C粒度均一穩(wěn)定的前驅(qū)體形成了硅-石墨-碳復(fù)合層狀的硅基負(fù)極材料，在保持原有的容量和循環(huán)穩(wěn)定性好