鋰離子電池用SiOC-膨脹石墨負極材料的合成與性能.pdf

1、隨著混合動力車和便攜式電子設(shè)備的迅速發(fā)展,鋰離子電池得到越來越廣泛的應(yīng)用,相應(yīng)地對其比容量和循環(huán)穩(wěn)定性提出了更高的要求。目前商品化的鋰離子電池廣泛采用石墨類負極材料,這類負極材料循環(huán)性能好,但是理論比容量較低(僅有372mAh/g),因此開發(fā)新型鋰離子電池負極材料成為了研究熱點。
　　SiOC復(fù)合材料比容量大,合成工藝簡單,但是循環(huán)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性有待于提高;膨脹石墨質(zhì)地柔軟,作為載體可緩沖SiOC的體積變化,同時提高負極材料的導(dǎo)電

2、性。本文以含氫硅油、甲基乙烯基環(huán)硅氧烷和膨脹石墨為原料,采用裂解先驅(qū)體的方法制備了SiOC/膨脹石墨負極材料,對裂解過程以及裂解產(chǎn)物進行了一系列表征,并重點考察了其充放電性能和循環(huán)性能。
　　DTA-TG分析表明SiOC/膨脹石墨先驅(qū)體裂解產(chǎn)率大約為80％,質(zhì)量損失主要發(fā)生在200~800°C,這一溫度段內(nèi)先驅(qū)體內(nèi)部持續(xù)發(fā)生斷裂重排反應(yīng);先驅(qū)體以及裂解產(chǎn)物的FTIR光譜表明含氫硅油上的Si-H鍵與交聯(lián)劑上的CH=CH2基團發(fā)生加成

3、反應(yīng),裂解產(chǎn)物SiOC主要由Si-O-C和Si-O基團組成;XRD分析表明SiOC復(fù)合材料呈無定形態(tài),與膨脹石墨復(fù)合之后,XRD圖譜上出現(xiàn)了SiO2和SiC的衍射峰;從SEM照片可以看出SiOC/膨脹石墨負極材料粉末主要呈無規(guī)則片狀,小顆粒依附于大顆粒,SiOC均勻包覆在膨脹石墨表面,厚度大約為幾十至幾百納米,此外還發(fā)現(xiàn)了一些納米線;EDS和XRF分析表明,SiOC中Si、O和C元素含量大約為46%、29%和25%。
　　SiOC

4、負極材料的首次放電比容量可達1300mAh/g,但循環(huán)性能較差,與膨脹石墨復(fù)合之后,負極材料首次放電比容量雖然略有下降,循環(huán)性能大大提高,這主要是因為“柔軟”的膨脹石墨有效緩沖SiOC的體積變化。在首次充電和以后的循環(huán)過程中均沒有發(fā)現(xiàn)電壓平臺,表明Li+脫插負極材料過程中沒有發(fā)生穩(wěn)定的氧化還原反應(yīng)。
　　SiOC/膨脹石墨負極材料摻雜Al之后,首次放電比容量有所下降,但是極大改善了循環(huán)性能,并且隨著Al加入量的增大,首次放電比容量

5、越來越低,循環(huán)性能越來越好。通過XRD分析發(fā)現(xiàn),隨著Al加入量的增多,XRD圖譜上無定形趨勢越來越大。隨著SiOC/膨脹石墨負極材料中所采用膨脹石墨膨脹率的增大,其首次放電比容量和循環(huán)性能均得到提高,這是因為石墨膨脹率越高,負極材料比表面積越大,同時能更有效緩沖SiOC復(fù)合材料在脫插鋰時產(chǎn)生的體積變化。實驗中還發(fā)現(xiàn)采用石墨原粉制備的低膨脹率膨脹石墨,所得SiOC/膨脹石墨負極材料電化學(xué)性能好于粗顆粒石墨制備的高膨脹率膨脹石墨。