鋰離子電池納米硅復合負極材料的制備與研究.pdf

1、硅具有較高的理論嵌鋰容量(4200mAh／g)而備受人們關注,但硅作為鋰離子電池的負極材料在脫嵌鋰過程中體積膨脹非常嚴重,引起材料的粉化和破裂,導致循環(huán)性能變差。減小電極材料的尺寸是緩解體積效應的途徑。本文基于氣-液-固生長機理,通過化學氣相沉積的方法,合成了具有新型復合結構的硅類負極材料,通過工藝參數(shù)的優(yōu)化,得到了電化學性能優(yōu)異的富含硅納米線的納米硅復合負極材料。這種復合電極材料的創(chuàng)制,能顯著降低硅的體積膨脹產(chǎn)生的不可逆容量,有效提高

2、材料的首次庫倫效率。
　　 本文以硅烷作為硅源,基于傳統(tǒng)氣-液-固的硅納米線生長模式,通過改進氣相沉積工藝,利用硅-金低共熔顆粒的低熔點特性,在高溫環(huán)境下通過蒸發(fā)-沉積的模式,建立了VSL二次沉積的新方法,通過反應氣氛、溫度、壓力和流量的調控,對制備硅納米復合材料的工藝參數(shù)進行了系統(tǒng)性優(yōu)化及后處理。結果表明以硅烷／氫氣作為反應氣氛、反應溫度為500℃、低壓(壓力為-0.09Mpa)和流量為0.25 l／min的條件為本論文最優(yōu)制

3、備工藝條件。采用XRD、Raman和SEM等方法對電極表面形貌和組成進行了表征,采用室溫恒流充放電、循環(huán)伏安和交流阻抗等方法對材料的電化學性能進行了測試與分析。
　　 在最優(yōu)工藝條件下制備的電極表面為富含硅納米線的硅納米顆粒／硅-金納米顆粒／硅納米線的連續(xù)網(wǎng)絡結構的三元復合負極材料。在恒流充放電電流為0.05mA的條件下進行循環(huán),首次放電比容量為3071.8 mAh／g,首次充放電庫倫效率高達90.37％,后續(xù)20次循環(huán)庫倫效率