鋰離子電池多孔硅-碳納米管復(fù)合負極材料的研究.pdf

1、目前商業(yè)化鋰離子電池石墨負極材料儲鋰容量的應(yīng)用已經(jīng)達到其理論值372 mAh/g，不具備開發(fā)潛力，開發(fā)高儲鋰容量的新型負極材料成為當前的熱點研究內(nèi)容。硅是目前已知儲鋰容量（4200 mAh/g）最高的材料，但是其在充放電過程中體積應(yīng)力極大，導(dǎo)電效率低而被限制廣泛應(yīng)用，當前主要通過納米化和復(fù)合化來改善硅基負極材料的電化學性能。本文通過制備多孔硅材料，并在其表面原位生長碳納米管，制備硅碳復(fù)合材料，既增強了負極材料的儲鋰容量，又改善了硅材料的

2、循環(huán)穩(wěn)定性能。
　　首先，以硅藻土為硅源，在氬氣氣氛下利用鎂熱還原法制備多孔硅，并對制備條件進行優(yōu)化，對制備的多孔硅進行Brunaure Emmett Teller（BET）、X-ray Diffraction（XRD）和Scanning Electron Microscope（SEM）等表征。表征結(jié)果表明，鎂熱還原硅藻土前，硅藻土是否純化對實驗結(jié)果無影響；制備過程中的最佳溫度為700℃；氬氣保護氣氛可以取代真空條件，降低實驗難度

3、。多孔硅表面孔隙結(jié)構(gòu)清晰，未改變硅藻土中原有的孔隙結(jié)構(gòu)，比表面積由原土的52.9 m2/g提升到364 m2/g；孔徑由7.8 nm提升到16.7 nm。
　　其次，利用化學氣相沉積法在多孔硅表面原位生長多壁碳納米管（Multi-walled Carbon Nanotube，MWNT），制備成硅碳復(fù)合材料。利用SEM、XRD、Thermogravimetric（TG）、Infrared Spectroscopy（IR）和BET等多

4、種手段對復(fù)合材料的形貌、組分結(jié)構(gòu)及比表面積等進行了表征，結(jié)果表明，MWNTs成功生長到多孔硅表面；硅碳組分間鏈接緊密，超聲處理后結(jié)構(gòu)未被破壞；復(fù)合材料的比表面積增加到489.1 m2/g，孔徑增加到9.2 nm。通過熱重分析得到，復(fù)合材料中的碳含量為34 wt％。優(yōu)化結(jié)果表明，復(fù)合材料制備時，0.3 g多孔硅負載催化劑的最佳用量為0.15 g。
　　最后，對由硅碳復(fù)合材料組成的負極進行電化學性能進行了測試。復(fù)合材料的首次放電比容量