新型納米硅電極的構(gòu)筑及嵌脫鋰性能研究.pdf

1、硅之所以能夠作為新一代高容量、高功率鋰離子電池的候選材料，是因?yàn)槠渚哂懈哌_(dá)4200mAh·g-1的理論比容量和較低的充放電電位。然而，嵌鋰合金化與脫鋰去合金化過程中伴隨著的巨大的體積膨脹(≥300％)，將會造成硅電極材料破裂、粉化，最終導(dǎo)致電池容量銳減。
　　為進(jìn)一步提高硅負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性，科學(xué)界現(xiàn)已提出多種納米結(jié)構(gòu)硅電極，如薄膜材料、納米線/納米管、納米微粒和介孔材料等。這些電極材料均注重結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過引入分散介質(zhì)或緩沖骨架

2、為硅材料體積膨脹預(yù)留一定的自由空間。在分散介質(zhì)或緩沖骨架材料的選擇上，碳材料因高導(dǎo)電性、高導(dǎo)鋰性、與硅相容性高成為研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。
　　基于此，本論文從碳包覆、石墨烯復(fù)合、薄膜電沉積三個角度進(jìn)行研究，致力于構(gòu)筑一種高分散性的納米硅三維電極結(jié)構(gòu)，并對其儲鋰性質(zhì)進(jìn)行考察。
　　首先，采用共價鍵合法將葡萄糖分子均勻“接枝”到納米Si顆粒上，700℃燒結(jié)得活性物質(zhì)，并研究導(dǎo)電劑類型(碳黑、多壁碳納米管)對電池循環(huán)性能的影響。研究發(fā)

3、現(xiàn)，以碳黑作導(dǎo)電劑，電極材料在極板上呈顆粒狀緊密堆積，而以多壁碳納米管作導(dǎo)電劑，電極材料在極板上形成的是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。以0.1C倍率恒流充放電，50次循環(huán)后，兩種電極結(jié)構(gòu)的電池比容量分別為290mAh·g-1和581mAh·g-1，可見優(yōu)化的電極結(jié)構(gòu)是提高硅基負(fù)極鋰離子電池循環(huán)性能的關(guān)鍵。
　　其次，采用“one-pot”共價鍵合技術(shù)合成硅/石墨烯電極材料，并考察材料中石墨烯含量(MSi:MGO=5:1,10:1,15:1,20:1,

4、25:1)對電極結(jié)構(gòu)和電池循環(huán)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，MSi:MGO=15:1時，電極材料在極板上呈現(xiàn)出高分散的三維結(jié)構(gòu)，對其進(jìn)行循環(huán)性能測試，以0.1C倍率恒流充放電，50次循環(huán)后，電池比容量為1203mAh·g-1，容量保持率約92.7%，大大優(yōu)于其他含量比的電極材料。
　　最后，采用電沉積法在泡沫鎳集流體上制備硅基薄膜電極，并考察其循環(huán)性能和倍率性能。0.1C倍率恒流充放電，80次循環(huán)后，比容量為2798mAh·g-1；以0.