鋰離子電池硅基負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能.pdf

1、鋰離子電池硅鋰離子電池硅基負(fù)極材料的制備及負(fù)極材料的制備及電化學(xué)電化學(xué)性能性能PreparationElectrochemicalPropertiesofsiliconbasedanodeMaterialfLithiumionBatteries專業(yè)：應(yīng)用化學(xué)作者姓名：馮明燕指導(dǎo)教師：田建華教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零一五年五月摘要硅材料具有最高的理論比容量（4200mAhg）和適中的電位平臺(tái)（~0.4VvsLiLi），具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展?jié)?/p>

2、力。然而硅材料在充放電的過程中產(chǎn)生劇烈的體積效應(yīng)（＞300%）和低的本征導(dǎo)電率是制約硅負(fù)極材料發(fā)展和商業(yè)化的主要因素。本文從優(yōu)化硅電極制備工藝和合成硅復(fù)合材料兩方面來改善硅負(fù)極鋰離子電池電化學(xué)性能。優(yōu)化硅電極制備工藝，研究了導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和電解液添加劑的種類及含量對(duì)鋰離子電池硅電極電化學(xué)性能的影響，通過綜合性能評(píng)估和機(jī)理分析確定與硅材料匹配最佳的工藝條件。結(jié)果表明，采用15wt%的導(dǎo)電劑SuperP與15wt%的粘合劑CMC制備的硅電極

3、首次充電比容量為2971.3mAhg，首次庫(kù)倫效率為80.5%，循環(huán)50次后可逆比容量保持在1143.8mAhg。在上述優(yōu)化基礎(chǔ)上，當(dāng)FEC優(yōu)化后的添加量為10wt%時(shí)，在1Ag下經(jīng)100次充放電循環(huán)后，硅電極可逆比容量為842.6mAhg1。其次，采用電子束沉積法制備硅薄膜電極，通過控制沉積時(shí)間來改變沉積厚度，研究了硅薄膜的晶態(tài)、厚度對(duì)其電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，沉積在銅箔上的硅薄膜是非晶狀態(tài)，其電化學(xué)行為與晶態(tài)硅的基本一致。當(dāng)沉積

4、的硅薄膜的厚度為270nm時(shí)，電池呈現(xiàn)出相對(duì)較穩(wěn)定的循環(huán)性能。在1C倍率下充放電循環(huán)時(shí)，首次可逆比容量為3215.0mAhg1，循環(huán)50次后，容量保持在905.0mAhg1。設(shè)計(jì)制作了用于研究光力學(xué)電化學(xué)測(cè)試的模擬電池，已獲得其硅電極在充放電過程中的形變初步信息。采用化學(xué)氧化還原法原位聚合得到包覆型硅聚苯胺復(fù)合材料。研究了酸摻雜的聚苯胺在電解液體系中的電化學(xué)行為，聚苯胺在復(fù)合材料的含量對(duì)硅基材料結(jié)構(gòu)和性能的影響，結(jié)果說明，酸摻雜的聚苯胺

5、在鋰電的電解液體系中仍存在一定電導(dǎo)率，且聚苯胺的存在并不影響硅的電化學(xué)行為并可以一定程度上提高電極的導(dǎo)電率。聚苯胺包覆納米硅后形成的核殼結(jié)構(gòu)可有效地緩解硅在脫嵌鋰過程中的體積膨脹效應(yīng)，提高了硅基材料的電化學(xué)性能。當(dāng)聚苯胺含量為12.3wt%，在2Ag1下充放電循環(huán)時(shí)，硅聚苯胺電極的首次比容量保持在1065.1mAhg1，50次循環(huán)后比容量保持在766.6mAhg1，保持率為首次比容量的72%。將包覆在納米硅的聚苯胺為碳源來制備硅碳復(fù)合材