鋰離子電池多孔硅基材料的制備及改性研究.pdf

1、硅材料因具有4200mAh/g的超高比容量而成為研究熱點,但嚴(yán)重的體積效應(yīng)導(dǎo)致其循環(huán)穩(wěn)定性能并不理想。改善其體積變化的手段之一是設(shè)計多孔結(jié)構(gòu)的硅材料,空隙可以作為體積變化的緩沖空間從而減緩嵌/脫鋰過程中硅的結(jié)構(gòu)破壞。本文主要內(nèi)容是探索金屬輔助化學(xué)刻蝕法制備多孔硅的具體步驟,并采用乙炔氣相沉積法對多孔硅進(jìn)行碳包覆來改善多孔硅的導(dǎo)電性。采用SEM、EDS、TG等物理表征方法研究多孔硅材料的形貌及組成,通過恒電流充放電測試、循環(huán)伏安等手段評價

2、多孔硅材料的電化學(xué)性能。
　　采用銀鏡反應(yīng)對200目硅粉及球磨后的硅粉進(jìn)行金屬Ag的沉積并刻蝕,不能得到多孔形貌,原因主要是由于還原后的Ag顆粒僅依靠物理作用附著在硅基體表面,Ag與硅的結(jié)合力不牢固從而不能持續(xù)刻蝕出孔結(jié)構(gòu)。而采用伽伐尼反應(yīng)對200目硅粉進(jìn)行沉積Ag并刻蝕,可以制備出多孔硅材料,100mA/g電流密度下多孔硅的首次放電容量為2805mAh/g,首次庫倫效率為73％,10個循環(huán)后容量為722mAh/g,設(shè)計多孔結(jié)構(gòu)并

3、沒有達(dá)到改善硅材料循環(huán)穩(wěn)定性的目的,主要原因是由于硅顆粒過大,設(shè)計的多孔結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠緩沖大顆粒產(chǎn)生的巨大應(yīng)力,而且粘結(jié)劑也不能有效包裹過大的硅顆粒,因而多孔硅材料仍然存在嚴(yán)重的體積變化,電化學(xué)循環(huán)性能較差。
　　采用伽伐尼反應(yīng)對球磨后的小顆粒硅粉進(jìn)行了刻蝕,結(jié)果發(fā)現(xiàn)卻不能得到多孔結(jié)構(gòu),原因是硅粉顆粒過小,與HF反應(yīng)活性高,使得金屬Ag的催化效果得不到體現(xiàn)。因此,選擇合適粒徑的硅顆粒對制備多孔硅材料來說非常重要。
　　為了進(jìn)

4、一步改善多孔硅的導(dǎo)電性,采用乙炔氣相沉積法對多孔硅進(jìn)行碳包覆,當(dāng)乙炔氣流量為40ml/min時得到的多孔硅性能較好,其碳含量在12%左右。在100mA/g電流下,首次放電容量為1710mAh/g,首次效率提高到81%,10個循環(huán)可逆容量為926mAh/g,該材料電化學(xué)性能提高主要原因是導(dǎo)電性增加,但是由于硅尺寸、孔徑、孔深度的不理想導(dǎo)致該材料在后續(xù)循環(huán)中仍然存在較大性能衰減。
　　本文嘗試將多孔硅進(jìn)行球磨處理,納米孔被破壞后形成了